LAS MANCHAS SOLARES
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A TRAVÉS DE LA HISTORIA
INTRODUCCIÓN
Hoy en día somos muchos los astrónomos, amateurs y profesionales, que observamos y seguimos diariamente la evolución de las manchas solares. Sabemos que son un fenómeno propio del sol y en más o menos profundidad podemos entenderlo y explicarlo en función de los intensos campos magnéticos que hay en el sol aunque haya algún aspecto que todavía nos dé algún problema. Pero lo que ahora parece tan obvio, como muchas otras cosas, no siempre ha sido así. Este artículo pretende dar una idea de la transformación del concepto de mancha solar y su estudio a lo largo de la historia de la humanidad y el progresivo desarrollo de la ciencia.
EN LA ANTIGÜEDAD
A pesar de que el telescopio no fue dirigido al sol hasta principios del siglo XVII, la existencia de las manchas solares era ya conocida desde la más remota Antigüedad.
En China , donde los valles de los grandes ríos que atraviesan el país están invadidos muchas veces por la niebla, el disco del sol podía ser observado al amanecer o anochecer e incluso en pleno día cómodamente a simple vista, o a través de jade o cristal ahumado, pudiéndose entonces ver las manchas más grandes (si las había en el momento). Las primeras observaciones que poseemos con cierta seguridad de una mancha solar a simple vista se remontan en torno al año 800 a.C. en el Libro de Cambios, el libro más antiguo de China. En él se puede leer: “Un mei se ve en el sol” y “Un dou se ve en el sol”, en el contexto las palabras “mei” y “dou” significan oscurecimiento, sombra. Los astrólogos de la corte en China, y también en Corea , conocían la existencia de las manchas y aunque las observaban regularmente, no hacían estudios sistemáticos, sólo se fijaban cuando el emperador les mandaba hacer algún pronóstico importante. Dichas observaciones suponen el mayor registro pretelescópico. Desde el año 28 a.C., en el que el astrónomo chino Liu Hsiang afirma haber visto manchas en el sol, hasta el 1638 d.C., solamente en las crónicas oficiales chinas, hay 112 registros de grandes manchas además de los que hay en otras fuentes. De la misma manera se hace mención de la existencia de las manchas desde el año 165 a.C. en las viejas crónicas de Japón, Babilonia y la India .
También se cree que las culturas precolombinas las conocían. Mientras que en las culturas inca y maya no hay indicios concretos, en la azteca se adora al dios sol, cuya cara está “picada” por la viruela, lo cual puede llevarnos a pensar que ya vieran alguna vez el sol manchado.
En Occidente , el primero en darse cuenta (aunque hay también quien habla de Anaxágoras en torno al 467 a.C.) fue Teofrasto de Atenas (372-287 a.C.), amigo y discípulo de Aristóteles, que habló de “manchas en el sol y la luna” (en torno al 350 a.C.) pero no se tuvo en serio, debido a que Aristóteles (384-322) lo consideraba inmaculado y perfecto. Posteriormente, la Iglesia adoptó la filosofía aristotélica como base de su teología por lo cual, que el sol estuviese “manchado” se convirtió en herejía, ya que los cuerpos celestes eran perfectos, y las autoridades eclesiásticas lo silenciaron, por lo que no hay registros ni comentarios importantes durante la Edad Media.
En el año 807 se vio una durante algo más de una semana pero se atribuyó al paso de Mercurio por delante del sol, tal como aparece en “La vida de Carlomagno”, de Einhard. También el astrónomo árabe Abu-l-Fadl Ja´far ibn al-Muktafi (906-977) afirma que en mayo del año 840 el filósofo al-Kindi observó una mancha atribuyéndola al tránsito de Venus.
El primer dibujo que tenemos de una mancha solar lo tenemos en las Crónicas del monasterio de Worcester (Gran Bretaña). Uno de sus monjes, John, el sábado 8 de diciembre de 1128 dibujó:
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En el dibujo se aprecia la umbra y la penumbra, aunque de una forma extraña para nosotros. Acompañando al dibujo escribió: “esta mañana ha aparecido algo como dos círculos negros dentro del disco del sol, uno en la parte de arriba más grande y el otro, abajo, más pequeño”. Esto da cuenta del tamaño de las manchas que debían de ser enormes para que fueran tan grandes a simple vista.
También en 1139 hay registrada la presencia de una mancha.
Posteriormente hay más registros: Ibn Rushd en 1200, en crónicas rusas del siglo XIV describiendo manchas en el 1365 y 1371 a través del humo de incendios forestales y en 1450 por Guido y Giovanni Carrara desde Italia.
De todas formas tanto los astrónomos árabes como los cristianos seguían creyendo en la perfección solar y atribuyeron las manchas observadas a pasos por delante del sol de Mercurio (como le pasó el mismo Kepler en 1607), Venus o incluso a algún planeta intramercurial aún por descubrir.
En la siguiente tabla se refleja el número de manchas observadas a simple vista desde el año 1050 hasta 1750:
| Periodo en años | Nº de grupos de manchas |
| 1050 – 1100 | 1 |
| 1100 – 1150 | 5 |
| 1150 – 1200 | 4 |
| 1200 – 1250 | 2 |
| 1250 – 1300 | 2 |
| 1300 – 1350 | 0 |
| 1350 – 1400 | 4 |
| 1400 – 1450 | 1 |
| 1450 – 1500 | 0 |
| 1500 – 1550 | 1 |
| 1550 – 1600 | 0 |
| 1600 – 1650 | 4 |
| 1650 – 1700 | 0 |
| 1700 – 1750 | 3 |
Hasta este momento lo que se sabía del sol era que se trataba de un astro muy brillante en el que alguna vez se habían visto algunas manchas oscuras, ya fueran planetas o incluso nubes del propio sol.
EL DESCUBRIMIENTO DEL TELESCOPIO
No fue hasta el descubrimiento del telescopio y la observación con él del sol, cuando se empezó a tomar en serio el asunto (en torno a 1610). Las detectaron, de forma más o menos simultánea, cuatro observadores, que paso a describir:
-THOMAS HARRIOT (1560 – 1621):
Inglés de nacimiento, estudió en Oxford y acompañó a Sir Walter Raleigh en sus expediciones a Virginia (1685) y más tarde en la colonización inglesa de Irlanda como asesor científico (cartógrafo y experto en la teoría de la navegación).
También estudió óptica (carteándose con Kepler) descubriendo la ley de la refracción antes que Snell, así como varias contribuciones al álgebra. Realizó también numerosas observaciones telescópicas entre 1609 y 1613. Fue el primero en observar la luna, adelantándose unos meses a Galileo así como el primero en observar telescópicamente las manchas solares: 8 de diciembre de 1610 (aunque Galileo afirma que ya las había estando observando desde el verano de ese mismo año, pero sin ningún documento escrito que lo pruebe) que se reproduce a continuación:
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A pesar que compartía sus observaciones con su grupo de corresponsales ingleses, nunca llegó a publicar nada, a pesar de tener unos doscientos dibujos comprendidos en el periodo 1610-1612, que no fueron conocidos hasta 200 años después.
-JOHANNES FABRICIUS (1587-1616)
(Fabricius es el nombre latinizado de Goldsmid , su verdadero apellido)
Su padre David, le pasó su afición a los astros. David fue astrónomo y pastor protestante en el noroeste de Alemania. Se carteaba con Kepler y fue el descubridor de la primera estrella variable conocida (1596): Mira (ómicron Ceti).
Por esta época, 1611, Johannes regresó a casa (noroeste de Alemania), procedente de Holanda, donde estudiaba medicina, trayendo consigo algún telescopio. Al amanecer del 9 de febrero (aunque hay quien dice que fue el 27) de ese mismo año Johannes apuntó con el telescopio al sol y descubrió varias manchas. Llamó a su padre y entre los dos estudiaron el nuevo fenómeno. Unos meses después, vio que las manchas desaparecían por el oeste para aparecer otra vez por el este más o menos a los doce días. Con sus observaciones, aunque sin dar fechas ni dibujos, escribió un tratado sobre las manchas, el primero en publicarse (ver figura). Fue impreso el 13 de junio de 1611 bajo el título “De Maculis en Sole Observatis, et Apparente earum cum Sole Conversone Narratio” (algo así como: narración de las manchas observadas en el sol y su aparente rotación con el sol). En él, Fabricius expone no muy convencido, la existencia de un movimiento de rotación del sol (idea que también “sostenían” Giordano Bruno y Kepler). Seguramente su poca convicción se debe a las discusiones con su padre, quien no creía que las manchas fueran del sol. El libro pasó desapercibido ya que casi simultáneamente publicó el suyo Scheiner.
-GALILEO GALILEI (1564-1642)
Nacido en Pisa, vivió también muchos años en Padua donde daba clases. Aunque empezó estudiando medicina lo dejó para hacer matemáticas y filosofía para acabar especializándose en astronomía. Fue el primero en utilizar el telescopio para fines astronómicos observando las fases de Venus, los accidentes lunares, manchas solares, la Vía láctea y sobre todo los satélites de Júpiter con lo que se asestaba el golpe definitivo a la teoría geocéntrica, lo que le trajo problemas con la Inquisición que al final le condenó y tuvo que renunciar públicamente de sus ideas para salvar la vida. Además de sus logros astronómicos fue el precursor de Newton como científico moderno y dio un gran impulso a la mecánica.
-CHRISTOPHER SCHEINER (1575-1650)
Hombre de mundo, nació en Wald (Alemania) pero también estuvo muchos años en Ingolstadt (donde estudió y posteriormente dio clases de matemáticas), Innsbruck, Roma y Niesse (donde murió). Ingresó en los jesuitas en 1595.
GALILEO VS SCHEINER
Aunque a Harriot pertenece el registro de la observación más antigua y Fabricius fue el primero en publicar sus resultados, fueron Scheiner y Galileo los que trabajaron más activamente y de forma sistemática en el estudio de las manchas, de forma que ni Fabricius ni Harriot intervinieron en las discusiones posteriores. Hubo una gran controversia para ver quien de los dos, el italiano o el alemán, había sido el descubridor de las manchas.
El primero de los dos en publicar sus resultados fue Scheiner en tres cartas dirigidas a Mark Welser (1558-1614), Consejero de Augsburgo y protector de la ciencia, con el que solía cartearse. Dichas cartas estaban fechadas el 11 de noviembre de 1611 y contenían observaciones realizadas junto con su colaborador Cysat durante marzo y abril de ese mismo año (la primera el 21 de marzo). Finalmente fueron publicadas en enero de 1612 bajo el título “Tres epistolae de maculis solaribus” (tres cartas sobre las manchas solares), eclipsando, como ya se ha dicho antes, el trabajo de Fabricius. Debido al revuelo que estaba levantando el tema, sus superiores le obligaron a escribirlas bajo pseudónimo, para no involucrar ni a los jesuitas ni a la Iglesia en general, firmando finalmente como Apelles latens post tabulam. En ellas exponía su opinión sobre las manchas, a las que consideraba como el resultado del paso por delante del sol de planetas o cuerpos intramercuriales que al estar cerca del sol sólo se podían ver cuando pasaban por delante de él.
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Observaciones de Scheiner de 1611 recogidas en sus Tres Epistolae
Desde que Galileo observó por primera vez las manchas, siguió haciéndolo de forma casi ininterrumpida durante algo menos de dos años. En todo este tiempo Galileo no paró de comentarlo con sus colegas y conocidos levantando un gran revuelo. La mayoría de los científicos seguían aferrados a la antigua física aristotélica, y pocos estaban abiertos a la nueva ciencia que estaba naciendo. Esta mayoría, los enemigos de la novedad (como los llamaba Galileo), negaban la existencia de las manchas mediante razonamientos filosóficos, ya que dicha existencia contradecía el principio aristotélico de la perfección y la pureza de los cuerpos celestes.
Algunos, que nunca habían observado el cielo por un anteojo, negaban la existencia de las manchas, atribuyendo su observación a falsas imágenes producidas por las lentes. Entre estos estaba el astrónomo Cristopher Clavio (1537-1612) que, al observar un eclipse a través de un cristal ahumado (de pésima calidad), afirmó: “Con respecto al libro y al instrumento de Galilei, considero que es un engaño, porque cuando observaba los eclipses solares a través de cristales ahumados, por mí fabricados, veía tres soles; pienso que lo mismo ha debido ocurrirle a Galilei, que ha sido engañado por su instrumento”. Esta opinión fue muy importante y, en un principio, perjudicó a Galileo ya que Clavio era un astrónomo jesuita muy importante e influyente, por aquella época astrónomo jefe del Colegio Romano. De hecho fue uno de los pilares para la reforma gregoriana del calendario y también escribió un libro de astronomía comentando las Esferas de Sacrobosco que fue libro de texto en el mundo católico, con el que estudió también el propio Galileo. Posteriormente cuando Clavio observó por el anteojo de Galileo y vio las manchas, se convenció de su existencia y apoyó al italiano.
En 1612, en medio de estas disputas, mientras Galileo se encontraba en Signa, como huésped del duque Salvati, le escribe Welser, con quien también se carteaba, informándole de las cartas de Apelles pidiéndole su opinión, respondiéndole Galileo al poco tiempo. Welser le envió la respuesta de Galileo a Scheiner y éste le envió otras tres cartas publicadas en octubre, bajo pseudónimo, con el título “De maculis solaribus...accurator disquisitio” (una disquisición más precisa...sobre las manchas solares) en las cuales seguía defendiendo sus ideas apoyándose en que sus observaciones eran más precisas que las de Galileo. Simultáneamente, Galileo estaba trabajando con más seriedad en las manchas observándolas siempre a la misma hora para que la orientación del sol fuese la misma y se pudiese seguir mejor el movimiento de las manchas. Dichas observaciones se las mandó a Welser en agosto, añadiendo al final que estas observaciones estaban de acuerdo con la teoría copernicana . Más adelante recibe la segunda serie de cartas de Apelles y en diciembre manda una tercera carta volviendo a criticar la postura de Apelles. Poco después, en enero de 1613, a través de la Academia Lincei, a la que pertenecía el italiano y que intentaba aglutinar a los mayores científicos, fueron publicadas las tres cartas bajo el título “Historia y demostraciones de las manchas solares” (en italiano en contra de la costumbre de la época de hacerlo en latín). Como se ha dicho antes, Galileo estaba convencido de que las manchas eran fenómenos propios del sol en vez de “satélites” porque además de su forma irregular (a diferencia de los planetas), las había visto cambiar de forma e incluso desaparecer antes de llegar al limbo solar. De esta manera, Galileo no sólo había echado abajo los argumentos de Scheiner sino también su forma de razonar: el sol es perfecto, por tanto no tiene manchas sobre su superficie.
En este momento ambos observadores, a pesar del pique científico, mantenían las formas en sus relaciones: Scheiner trataba con respeto a Galileo mientras que éste mantenía un lenguaje cortés con aquel (que ya se había identificado). Unos diez años después, en un ensayo, Galileo se queja, sin dar nombres, de aquellos que le quieren quitar la prioridad en el descubrimiento de las manchas. Scheiner se lo toma de forma personal y a partir de ahí se convertirán, de por vida, en grandes enemigos.
A diferencia de Galileo, Scheiner siguió estudiando sistemáticamente durante una larga temporada las manchas y algo más tarde, en 1630, Scheiner publicó, tras cuatro años de trabajo, “Rosa Ursina” , el mayor tratado sobre las manchas hasta entonces (de más de 700 páginas, con observaciones recopiladas durante 15 años y con una mejor instrumentación) en el que, por fin, aceptaba que las manchas eran fenómenos que ocurrían en la superficie del sol y con la precisión de sus observaciones llegó a la conclusión de que el eje de rotación del sol estaba inclinado respecto de la eclíptica (ver figura de portada). También ha servido para almacenar datos de las manchas inmediatamente antes del mínimo de Maunder. Incluye el diseño de el helioscopio que utilizó para realizar las observaciones, ya que hasta entonces se usaba el método de proyección original de Castelli, siendo el primero en usar montura ecuatorial (tal vez por eso se llama también montura alemana). El libro está dedicado al Duque de Orsini, quien se ocupó de los costes de la impresión del libro, viniendo de ahí el título ya que en el escudo de la familia Orsini aparece una rosa y un oso.
Lo peor del libro son los ataques a Galileo que sirvieron para minar las ya deterioradas relaciones entre Galileo y la iglesia de su tiempo. Aquí acaba la polémica en cuanto a las manchas aunque en el plano personal perduraron largo tiempo.
Posteriormente Galileo publica en febrero de 1632 su “Diálogo sobre los dos máximos sistemas” su obra maestra, con la que acabó de hundir las tesis de Aristóteles y el sistema ptolomaico siendo condenado por la Inquisición a retractarse de sus ideas y a arresto domiciliario de por vida. En él todavía deja algún “recuerdo” para Scheiner.
Finalmente, Scheiner escribió un último libro, “Prodomus pro Sole Mobile” , publicado después de su muerte por no contar con el agrado de sus superiores, con el que responde a los Diálogos de Galileo con una crítica fanática y acusándole de plagio ya que el italiano había incluído algunas observaciones del Rosa Ursina como una prueba más de su teoría heliocéntrica. A modo de resumen, se puede decir que Galileo fue el primero en entender lo que observaba mientras que Scheiner fue el que más las estudió de forma más sistemática y con más precisión.
APELLES LATENS POST TABULAM
El pseudónimo de Apelles latens post tabulam (Apeles escondido tras un cuadro), está basado en una anécdota sobre el famoso pintor griego del siglo IV a.C., Apeles.
Se dice que Apeles estaba una vez escuchando detrás de un cuadro suyo las críticas del público, cuando un fabricante de sandalias dijo que el dibujo de una sandalia, representada en el cuadro, no era correcto. Apeles, saliendo de su escondite, le dio las gracias. Y el zapatero, ufano, empezó a criticar otras partes de la pintura; pero en seguida Apeles le advirtió: zapatero, no te pases del zapato. Es evidente la alusión a los que, filosofando, van más allá de sus propias competencias.
A continuación se reproduce un fragmento de la primera carta escrita por Galileo dando su opinión a Welser:
“...He estado en silencio con la esperanza de satisfacer el interés de Su Ilustrísima con respecto a las manchas solares, sobre cuyo tema me ha enviado los breves escritos del falso Apeles. La espinosidad del tema y la imposibilidad de realizar observaciones de forma continuada me ha obligado y me sigue obligando a estar indeciso: y a mí me conviene más que a nadie, ser cauto y precavido al anunciar un descubrimiento...; porque los enemigos de la novedad, cuyo número es infinito considerarían cualquier error mío, aunque fuera mínimo, un fallo imperdonable...Pero para satisfacer, al menos parcialmente, el deseo de Su Ilustrísima le diré las cosas que considero dignas de tener en cuenta en las tres cartas del falso Apeles..., sobre la esencia, el lugar y el movimiento de dichas manchas.
Ante todo, no cabe duda que son cosas reales, y no simples ilusiones ópticas, como bien dice el amigo de Su Ilustrísima en la primera carta; yo las llevo observando 18 meses, se las he mostrado a varios amigos íntimos, y el año pasado por estas fechas las mostré en Roma a varios prelados y caballeros. Una vez establecido por el autor que dichas manchas no son ilusiones ópticas o defectos del ojo, intenta determinar el lugar por ellas ocupado en el universo, sosteniendo que no están ni en el aire ni en la esfera solar. Con respecto, a la primera afirmación, la falta de paralaje lleva a la conclusión de que las manchas no están en el aire , o sea, cerca de la Tierra, en el espacio que comúnmente se asigna al elemento del aire. Pero no me parece suficientemente demostrado que no puedan estar en el sol; porque afirmar, como él hace, que en el sol no puede haber manchas oscuras porque es muy brillante no tiene ningún sentido: ya que por ahora podemos decir que el sol es purísimo y brillantísimo porque no se ha observado en él ninguna tiniebla o impureza, pero si en alguna ocasión se le viera impuro o manchado, ¿por qué no íbamos a llamarlo manchado e impuro? Los nombres y los atributos tiene que adaptarse a la esencia de las cosas, y no la esencia a los nombres; porque primero existieron las cosas, y después los nombres...Lo que dice Apeles, es decir que las manchas aparentes en el sol son mucho más negras que las de la luna, es una afirmación falsa; pienso que las manchas solares no sólo son menos oscuras que las lunares sino que incluso son casi tan brillantes.
Me referiré ahora a la tercera carta, en la que Apeles determina el lugar, el movimiento y la sustancia de estas manchas, concluyendo que se trata de estrellas que giran a poca distancia del cuerpo solar, como Mercurio o Venus. Para determinar su posición empieza afirmando que no pueden encontrarse sobre la superficie del sol, porque al moverse esta, también tendrían que moverse con ellas las manchas, resultando móviles, y como, vemos un mismo hemisferio durante 15 días, al cabo de un mes tendríamos que volver a verlas en el mismo lugar y de las misma forma; y esto no ocurre. La afirmación sería concluyente si se hubiera constatado que dichas manchas son permanentes, es decir que no nacen, mueren y se desvanecen; peor quien sostenga que unas surgen y otras se desvanecen , tendrá que sostener que, al girar sobre su propio eje, el sol las hace girar sin necesidad de volvernos a ofrecer siempre las mismas, o dispuestas de la misma manera, o con las mismas formas. Demostrar que son permanentes es muy difícil o incluso imposible; y el propio Apeles habrá descubierto algunas lejos de la circunferencia solar y habrá visto a otras desvanecerse antes de atravesar todo el disco del sol, como yo he visto en varias ocasiones. No afirmo ni niego que estén sobre la superficie del sol, simplemente digo que no está suficientemente demostrado que no lo estén...”.
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Dibujos de Galileo que abarcan desde el 2 de junio al 8 de julio de 1613 aparecidos en su Historia y demostraciones
A partir de este momento, se realizaron más observaciones y más frecuentes, aunque no siempre igual de rigurosas. Durante el siglo XVII destacan dos observadores: el alemán J. Hevelius y el jesuita francés J. Picard.
Hevelius (1611-1687) fue un observador dotado con una gran agudeza visual del que se decía que era capaz de ver estrellas de la séptima magnitud. A pesar de que la obra de su vida fue la confección de su Atlas Celeste, también se dedicó a la observación del sol con medidas muy precisas que le permitieron determinar la rotación solar con gran exactitud y almacenar una gran cantidad de datos de las manchas durante 1642-1679 de gran utilidad para investigar posteriormente la primera parte del mínimo de Maunder. Destacan especialmente sus 224 observaciones entre 1642-44 que publicaría en su Selenographia (1647), dos de las cuales se reproducen a continuación:
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Dibujos de Hevelius de 1644 (27 de agosto a 8 de octubre)
Por su parte Picard (1620-1682), fue el principal observador en un proyecto de observación sistemática del sol dirigido por J. D. Cassini en el recién construIdo observatorio de París. Más tarde le sustituiría el también francés Philippe La Hire.
De esta época también son importantes el francés P. Gassendi , publicando sus observaciones en 1658 y, algo antes, el italiano Riccioli , haciendo lo propio en 1651.
En 1774, después de más de 140 años sin avances relevantes en las manchas desde la publicación de Rosa Ursina, el astrónomo escocés Alexander Wilson (1714-1786) publica el resultado de sus observaciones realizadas a una gran mancha a partir del 22 de noviembre de 1769, siendo el primero en darse cuenta de lo que hoy conocemos, en su honor, como efecto Wilson. Puso de manifiesto que la penumbra de la mancha resulta simétrica con respecto a la umbra en el centro del disco y según se va acercando la mancha al borde solar se ve más estrecha la penumbra interior que la exterior con un desplazamiento aparente de unos 800 km. Wilson pensaba que las manchas eran una especie de embudos en la atmósfera solar, correspondiendo la penumbra a las paredes y la umbra a la parte central; según esto, el anterior efecto lo explicó diciendo que al inclinarse cerca del borde de la esfera, el “embudo” se ve de canto, mientras que la parte exterior, se ve más “de plano”. Realmente la aparente depresión del núcleo es una ilusión óptica, puesto que en la penumbra es posible ver a través de la materia solar a mayor profundidad debido a su transparencia, al ser menos denso el gas de ésta, que el de la fotosfera que le rodea.
Más tarde destaca el observador alemán Johann Hieronymus Schroeter (1745-1816) , muy activo sobre todo entre 1785 y 1795. Aunque estudió Derecho, debido a su interés por la música tuvo contacto con la familia Herschel, en especial con William, que fue quien le metió en el mundillo de la astronomía, sobre todo en la solar y la planetaria. Se hizo un observatorio en Lilienthal, que en su tiempo, llegó a albergar el mayor telescopio del continente. Fue el primero, en 1787, en darse cuenta de la granulación sobre la superficie solar y realizó descripciones detalladas de puentes brillantes sobre la umbra de las manchas. Gracias a sus observaciones se ha podido reconstruir el ciclo solar número 4 (1785-1798). El 20 de septiembre de 1800 se fundó la primera sociedad astronómica, con miembros distribuidos por toda Europa, de la que fue presidente.
Hasta ahora, los observadores solamente se fijaban en la posición y evolución de las manchas pero sin tener idea sobre su naturaleza. La opinión más extendida era la de Galileo, que pensaba que las manchas eran como una especie de nubes en la atmósfera del sol. Al final del siglo XVIII, Herschel , siguiendo la hipótesis de A. Wilson de 1774, pensaba que sobre el suelo solar, en el que podía haber vida, flotaban dos capas de nubes luminosas. Si las perturbaciones metereológicas abrían brechas en la primera de las capas, se veía la segunda, menos luminosa: la penumbra. Si se abrían brechas también en la segunda se podía ver la superficie del sol sólido, explicando así la umbra. Más tarde, en 1851, el británico Dawes dio un paso más al descubrir núcleos oscuros dentro de la umbra llegando a pensar que la umbra no era la superficie sólida del sol sino una tercera capa de nubes...
Algo después nos encontramos con Heinrich Samuel Schwabe (1789-1875), farmacéutico alemán (Dessau) que desde 1830 se dedicaba completamente a la astronomía. Estuvo trabajando varios años (1826-1868) intentando descubrir un planeta intramercurial en su tránsito delante del sol. Para no confundirse, registró de forma detallada las manchas sobre la superficie del sol. Finalmente no llegó a descubrir dicho planeta pero revisando sus observaciones se dio cuenta de la variación periódica del número de manchas. En algunos años, éstas casi desaparecían por completo, luego durante tres o cuatro años, aumentaban progresivamente; después durante uno o dos años se mantenían estacionarias y posteriormente disminuían a lo largo de unos seis años. Con todo esto, determinó la periodicidad de las manchas en aproximadamente once años: lo que hoy conocemos como el ciclo undecenal. En 1843 publicó en la revista “Astronomische Nachrichten” el resultado de sus observaciones, pero su descubrimiento no fue conocido hasta 1851 cuando Alexander Van Humboldt (1769-1859) lo incluyó en el tercer volumen de su obra Kosmos. Como curiosidad decir que a Schwabe también le corresponde el primer dibujo y descripción de la Gran Mancha Roja de Júpiter.
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Datos de Schwabe incluidos en Kosmos. En la primera columna están los años, en la segunda el número de grupos, en la tercera el número de días sin manchas y en la cuarta el número de días observados.
Interesado en los resultados de Schwabe, el astrónomo suizo Rudolf Wolf (1816-1893), quien en 1847 era director del observatorio de Berna, siguió registrando sistemáticamente las manchas sobre la superficie solar completando las observaciones de Schwabe e incluso ayudándose de los archivos de algunos de los observadores anteriormente citados junto con algún otro observatorio pudo reconstruir la actividad desde antes de Schwabe, casi desde 1700, aunque al no ser observaciones hechas rigurosamente su valor es sólo cualitativo y no cuantitativo. Además de esto, en 1848 Wolf definió un número: el famoso número relativo (hoy llamado número de Wolf),
R = k (10 G + F)
siendo G el número de grupos, F, el de manchas y k un factor de proporcionalidad que da cuenta del observador y el telescopio usado, que, por definición, para Wolf valía 1, observando con un refractor Fraunhofer de 70 mm de abertura y un ocular helioscópico a 64 aumentos.
Según Wolf, el número relativo evaluaba de forma más exacta la actividad solar que el mero recuento del número de manchas al considerar también la presencia de los grupos. También ayudó a calcular de forma más precisa el valor del ciclo undecenal. Otra de sus aportaciones consistió en la realización de una tabla donde clasificaba las manchas, según su forma y tamaño, en ocho tipos (de I a VIII) con un ejemplo de cada una (ver figura). Por esa misma época (1855), pasó a encargarse del observatorio de Zurich y organizó una red de observatorios por toda Europa para calcular el número relativo y seguir así la actividad solar, diariamente y de forma seria (aunque ya había habido algún intento anterior de cuantificar la actividad solar elaborando un índice del número de grupos).
En 1852, un año después de la publicación de los resultados de Schwabe, Edward Sabine (1788-1883) anunció que el ciclo de las manchas era absolutamente idéntico al de la actividad geomagnética. Otros tres observadores llegaron a la misma conclusión más o menos simultáneamente: Wolf, el suizo A. Gautier y el alemán Lamont .
Unos años antes, el 2 de abril de 1845, los franceses Louis Fizeau y Léon Foucault consiguen la primera fotografía solar (ver figura), en la que aparecen dos grandes grupos de manchas. Dicha fotografía es un daguerrotipo de 1/60 s de exposición, en la que se distinguen bien umbra, penumbra y oscurecimiento del limbo. La daguerrotipia fue la primera técnica fotográfica (1830) y consistía en someter a los vapores de yodo una placa de cobre y, a continuación, a vapor de mercurio. Esta técnica requería exposiciones largas y daba la imagen en positivo, sin poder sacar copias. Debido a lo difícil de conseguir una exposición suficientemente pequeña para no quemar la imagen tardó en repetirse la experiencia. Posteriormente, con el desarrollo y mejora de la fotografía el inglés Warren de la Rue (1815-1889) fue el encargado, por la Royal Astronomical Society, del diseño de un telescopio para fotografía solar ubicado en el observatorio de Kew (Inglaterra), que serviría unos años más tarde como prototipo para formar una red. Con él empezó en 1858, un programa que consistía en la obtención diaria de fotografías del sol para el estudio de las manchas que duró hasta 1872, año en que dicho telescopio se trasladó al Real Observatorio de Greenwich donde empezó la serie de fotografías de manchas de dicho observatorio en abril de 1874, que permanece prácticamente ininterrumpida hasta nuestros días. Más adelante con el avance de la fotografía se consiguen imágenes de gran resolución útiles para estudiar adecuadamente la superficie solar. Durante el siglo XIX y principios del XX destaca el francés P. Jules Janssen (1824-1907) desde el observatorio de Meudon, cerca de París que consiguió los resultados más espectaculares. Son importantes también los trabajos pioneros del ruso Alexis Hansky y S. Chevalier .
Es en la segunda mitad del siglo XIX cuando se empieza a estudiar de forma más meticulosa todo el tema de las manchas solares. En 1858, el inglés Richard C. Carrington (1826-1875) en un estudio en la universidad de Durham entre 1853 y 1861, recogidos en su obra “Observation of the spots on the sun” (observación de las manchas sobre el sol), se da cuenta de dos hechos fundamentales: la variación en la latitud de las manchas según avanza el ciclo y la distinta velocidad de las manchas sobre el sol según su latitud. Con todo esto, Carrington deduce que el sol presenta una rotación diferencial por la cual según aumenta la latitud, las manchas se mueven más despacio. Esto ya fue reflejado anteriormente por Scheiner, la diferencia entre ambos reside en el hecho que Scheiner, por su concepción aristotélica del mundo, pensaba que el sol era un sólido rígido por lo que el hecho que las manchas rotaran a distinta velocidad era una prueba de que no pertenecían a éste. Por su parte, Carrington, lo consideró correctamente como una prueba de que el sol (o por lo menos sus capas más externas) no era un sólido rígido sino un fluído (gas). Posteriormente con el desarrollo de las técnicas espectroscópicas Vogel, Young y algo más tarde Duner llegaron a la conclusión de que las manchas en los polos se mueven un 30% más despacio que las del ecuador, fijando así la rotación diferencial del sol en torno a 37 días para los polos y 26 para el ecuador.
Un año después de su descubrimiento, en 1859, Carrington (junto con R. Hodgson de forma independiente) fue también el primero en observar una fulguración. Debido a la muerte de su padre tuvo que dejar la astronomía para hacerse cargo del negocio familiar en 1861.
Posteriormente el astrónomo alemán Gustav Spörer (1822-1895) se dedica a estudiar más a fondo la variación de la latitud de las manchas a lo largo de un ciclo y llega a la conclusión de que en el sol las manchas no aparecen en todo el disco sino sólo en ciertas regiones activas comprendidas, en ambos hemisferios, entre los 10 y 40º (lo cual ya se había intuído desde Galileo y Scheiner). Excepcionalmente se han observado alguna en el ecuador o por encima de 40º (sin sobrepasar nunca los 45º). Al principio del ciclo las manchas salen a latitudes altas y según avanza el ciclo van desplazándose hacia el ecuador. Esto es conocido como la ley de Spörer y es muy útil para saber cuándo ha empezado un nuevo ciclo por la aparición de manchas a altas latitudes.
Viendo los anteriores resultados de Carrington, el observatorio de Greenwich, en 1873, contrató a un observador sólo para el estudio diario de las manchas: el inglés Edward Maunder (1851-1928), quién comenzó un programa diario de fotografías de las manchas. Al representarlo obtuvo la ley de Spörer en el llamado diagrama de Maunder o, como es conocido normalmente, diagrama mariposa . Este astrónomo es famoso también por el mínimo de actividad solar que lleva su nombre (Tribuna de Astronomía y Universo nº 10).
La tarea de Wolf en Zurich, fue continuada por Alfred Wolfer, William.Brunner y posteriormente por Max Waldmeier (1912-2000).
Waldmeier amplió la tabla de Wolf a nueve clases, desde la A a la I y dando tres ejemplos de cada una (unos años después se revisó nuevamente la tabla añadiéndose un ejemplo más a cada tipo y especificando mejor la descripción de cada uno, que es la que se usa hoy). También extendió la red a ámbito internacional con más de treinta observatorios repartidos por todo el mundo, además de confeccionar el boletín trimestral de la UAI sobre la actividad solar. Sus observaciones sistemáticas sobre aspectos variados de la actividad solar, desde la fotosfera a la corona, cubren varias décadas y sirven de base a muchos de nuestros conocimientos actuales sobre el ciclo de la actividad solar.
A principios de este siglo, en 1908, el estadounidense George E. Hale (1868-1938), director de los observatorios de Yerkes y Monte Wilson (del que fue fundador), realizó las observaciones que le valieron para descubrir la verdadera naturaleza de las manchas. Tras ir mejorando el instrumental de los anteriores observatorios, con ayuda de un espectroheliógrafo perfeccionado entre él y F.Ellerman de 1,62 m de longitud focal y un espectrógrafo solar de 5,8 m, analizó la atmósfera solar detectando, por el efecto Zeeman, un fuerte campo magnético asociado a las manchas (fue el primer campo magnético detectado fuera de la Tierra y además mucho mayor que el de ésta). Según esto, los campos tan fuertes de las manchas originaban unas temperaturas más bajas que las de la fotosfera de alrededor, de ahí su color más oscuro (en comparación negras para nosotros). Hale (junto con sus colaboradores: Adams, Ellerman,...) siguió estudiando las manchas a medida que transcurría el ciclo llegando a la conclusión de que:
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Diagrama mariposa con el campo magnético superpuesto donde se aprecian las leyes de la polaridad de Hale
Dichas conclusiones se conocen como leyes de la polaridad de Hale. Además consiguió que Monte Wilson, con las mayores torres solares del momento, fuera la principal referencia en física solar y empezar lo que sería la investigación moderna de las manchas.
En 1955, Waldmeier publica una importante monografía que marcó una etapa destacada en la historia de la investigación de la actividad solar y contiene buen número de contribuciones, como por ejemplo:
Durante el tiempo de Waldmeier, Zurich fue un centro de física solar de renombre internacional. A pesar de la reorganización de 1980 por la cual el observatorio federal fue reemplazado por el instituto de astronomía (ETH), la larga tradición de Zurich en física solar se mantuvo. Después se especializó en el estudio de magnetismo solar como origen común de fenómenos variados de la actividad solar que fueron explorados de forma exhaustiva por Waldmeier, quien ha sido determinante en su posterior desarrollo.
ACTUALMENTE
En la actualidad, es el SIDC , (Sunspot Index Data Center o Centro de Datos del Índice de Manchas del Sol), cuya ubicación se encuentra en el Real Observatorio de Bélgica en Bruselas, quien se encarga de la coordinación mundial del número relativo.
El SIDC se fundó en 1981 para continuar el trabajo del Observatorio de Zürich, cuando esta institución decidió no computar ni publicar más el número de manchas solares. Por lo tanto, se llegó a un acuerdo entre el ETH de Zürich, el Specola Solare Ticinese de Locarno y el SIDC. Tras este acuerdo, el SIDC, bajo la dirección de A. Koeckelenbergh, comenzaba en enero de 1981 la confección de un índice de manchas solares llamado Número Internacional de Manchas Solares, Ri. La continuidad y coherencia de este nuevo índice con el anterior Rz, se garantizaba con el uso de Locarno (una de las tres estaciones principales de la red de Zürich, junto con la propia Zurich y Arosa) como estación de referencia (asignándole una k = 0.6).
Actualmente el director es Pierre Cugnon. Aunque no hay un número fijo y constante mes a mes de estaciones colaboradoras, suelen oscilar entre 30 y 40 de las que alrededor del 60-65% son amateurs. En España colaboran actualmente cuatro: el Observatorio del Ebro (Juan J. Curto), Javier Ruíz (A. A. Cántabra), Jorge Luis del Rosario (Tenerife) y Salvador Lahuerta (Valencia).
Además hay muchas otras instituciones que elaboran su propia estadística: muchas agrupaciones astronómicas, NOAA, la sección solar de la AAVSO ...así como muchos aficionados a título individual.
Hoy en día las manchas siguen siendo muy observadas pero sin levantar ya la polémica de antaño. Algo más en lo que la ciencia va mejorando...pero aún quedan mucho por hacer...
BIBLIOGRAFÍA
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