Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares ANTARES OBSERVATORIO VIRTUAL PRÁCTICA 2: OBSERVACIONES SOLARES ● Objetivos ● Material ● Advertencia previa: peligros de la observación del Sol ● La fotosfera solar ● Observación visual del Sol ● Cálculo del número de Wolf ● Clasificación de los grupos de manchas según el sistema de Zurich ● Determinación de las dimensiones de una mancha solar ● Posibles proyectos observacionales Objetivos En esta práctica se simula una observación visual del Sol. Será posible observar detalles sobre la superficie visible del Sol (la fotosfera) como las manchas, fáculas y la granulación solar. Se determinará el nivel de actividad del Sol, así como el tamaño de algunas de las manchas. Material La observación del Sol se lleva a cabo con una de las torres solares profesionales más grandes del mundo. En el interior de la torre solar, se forma una imagen del Sol de gran tamaño en la que podemos realizar medidas de precisión. Con ayuda de la consola se llevan a cabo todas las medidas necesarias. Advertencia previa:Peligros de la observación del Sol La observación solar puede ser una actividad peligrosa si no se toman las debidas precauciones. La intensidad luminosa del Sol es tan elevada que cualquier instrumento óptico apuntado directamente al Sol es capaz de quemar el detector, incluido el ojo de un observador. Aunque en nuestro observatorio virtual esta peligrosidad se ha obviado, es necesario no olvidarse de ello si decidimos llevar a cabo alguna observación real. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p20.html (1 de 2) [12/3/2000 23.51.10] Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p20.html (2 de 2) [12/3/2000 23.51.10] Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares ANTARES OBSERVATORIO VIRTUAL PRÁCTICA 2: OBSERVACIONES SOLARES ● Objetivos ● Material ● Advertencia previa: peligros de la observación del Sol ● La fotosfera solar ● Observación visual del Sol ● Cálculo del número de Wolf ● Clasificación de los grupos de manchas según el sistema de Zurich ● Determinación de las dimensiones de una mancha solar ● Posibles proyectos observacionales La fotosfera solar El Sol es uno de los cientos de miles de millones de estrellas que forman nuestra galaxia. Se trata de una estrella normal, mucho más pequeña y menos luminosa que otras estrellas gigantes como Betelgeuse o Antares. A pesar de su pequeño papel en el universo, el Sol es fundamental para la existencia de la vida en la Tierra. Desde el punto de vista astronómico se trata de la única estrella lo suficientemente cerca de nosotros como para que podamos estudiarla con detalle. Se nos presenta como una esfera de gas muy caliente. En el núcleo la densidad y la temperatura son lo suficientemente altas como para que se produzcan reacciones nucleares de fusión de manera espontánea. El Sol obtiene su energía de la fusión de hidrógeno en helio.Puesto que todo el Sol es gaseoso, no se puede hablar con propiedad de una superficie del Sol. Sin embargo, prácticamente toda la luz visible que emite está producida en una estrecha capa llamada fotosfera. Los principales detalles que pueden observarse en la fotosfera son: ● Oscurecimiento del limbo. Es un efecto facilmente apreciable que es debido a que la luminosidad de la fotosfera disminuye según nos acercamos al limbo por un efecto de perspectiva que hace que veamos en esa dirección zonas más frías de la superficie solar. ● Manchas solares. Son zonas en las que la temperatura es un poco más baja que en el resto de la superficie solar, y por tanto aparecen un poco más oscuras que el resto. Según su tamaño y complejidad se las clasifica en poros (pequeña mancha puntual) y manchas (con una zona central más oscura llamada umbra, y otra mas clara alrededor llamada penumbra). ● Fáculas. Pequeñas zonas irregulares más brillantes que el resto de la fotosfera. Son indicativas de zonas de actividad. Se observan mejor en el limbo, ya que allí hay un mayor contraste de luminosidad. ● Granulación. Estructura granular de la superfice solar, debida a la zona convectiva file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p21.html (1 de 2) [12/3/2000 23.51.11] Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares situada justo debajo de la fotosfera. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p21.html (2 de 2) [12/3/2000 23.51.11] Antares - Observatorio Virtual - P1 : Observaciones solares ANTARES OBSERVATORIO VIRTUAL PRÁCTICA 2: OBSERVACIONES SOLARES ● Objetivos ● Material ● Advertencia previa: peligros de la observación del Sol ● La fotosfera solar ● Observación visual del Sol ● Cálculo del número de Wolf ● Clasificación de los grupos de manchas según el sistema de Zurich ● Determinación de las dimensiones de una mancha solar ● Posibles proyectos observacionales Observación visual del Sol Dirijámonos a la torre solar de nuestro observatorio virtual para llevar a cabo una observación detallada de la superficie del Sol. Una vez que hemos seleccionado el proyecto de investigación titulado "observaciones solares" se nos dará paso a la imagen panorámica del observatorio virtual. Al fondo a la derecha se encuentra la torre solar. Aunque pulsemos cualquiera de los otros telescopios, sla observación del Sol es tan especial que sólo podemos llevarla a cabo en la torre diseñada para ello. Allí se encuentra el celostato que vemos en la siguiente imagen. Es un dispositivo que se encarga de seguir el Sol a lo largo del día y enviar su imagen al fondo de un largo tubo. Al final de este tubo se nos forma una imagen de gran tamaño del Sol. Sobre ella colocaremos nuestros instrumentos y llevaremos a cabo las mediciones. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p22.html (1 de 3) [12/3/2000 23.51.11] Antares - Observatorio Virtual - P1 : Observaciones solares rato la consola de adquisición y medida. Se trata de un modelo muy similar al de otros telescopios. En general todos los observatorios del mundo procuran que sus telescopios ofrezcan al usuario una interfaz parecida, pues esto hace que el astrónomo se familiarize con los instrumentos. Tras abrir la cúpula tenemos una primera imagen del disco del Sol muy parecida a la figura más abajo. Una vez activado el seguimiento, recorramos lentamente la superficie de la fotosfera y podremos apreciar varios detalles. A primera vista apreciamos el disco como de un color anaranjado que no es otra cosa que la combinación de filtros que estamos utilizando. Ya nos llama la atención el oscurecimiento hacia el limbo. Fácil de apreciar. Sobre el oscurecimiento general según nos alejamos del centro, tanto en el Este como en el Oeste y en las cercanías de los grupos de manchas podemos apreciar zonas de la superficie más brillantes. Son Fáculas. Seguro que lo que más nos ha llamado la atención desde el primer momento son las manchas solares. Dado que el Sol está actualmente en un período de máxima actividad, es muy frecuente observar varias manchas todos los días. Se aprecia muy bien la umbra y la penumbra, así como la granulación en las zonas adyacentes. Este último fenómeno es aún más sencillo de apreciar en modo adquisición. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p22.html (2 de 3) [12/3/2000 23.51.11] Antares - Observatorio Virtual - P1 : Observaciones solares file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p22.html (3 de 3) [12/3/2000 23.51.11] Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares ANTARES OBSERVATORIO VIRTUAL PRÁCTICA 2: OBSERVACIONES SOLARES ● Objetivos ● Material ● Advertencia previa: peligros de la observación del Sol ● La fotosfera solar ● Observación visual del Sol ● Cálculo del número de Wolf ● Clasificación de los grupos de manchas según el sistema de Zurich ● Determinación de las dimensiones de una mancha solar ● Posibles proyectos observacionales Cálculo del número de Wolf El número de manchas visibles en la superficie del Sol nos da una idea de la actividad de nuestra estrella en cada momento. De manera cuantitativa se utiliza el llamado número de Wolf, introducido por este astrónomo en 1848 (para más detalles ver http://web.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/SSN/ssn.html) y que se define como: Donde G es el número de grupos de manchas solares. Un simple poro aislado también se considera un grupo. F es el número total de manchas y poros. Tratemos de estimar el númeo de Wolf correspondiente al día que estamos observando. Hay varios grupos y cada uno de ellos contiene varias manchas así contemos con cuidado. Es interesante hacer la estimación de W en compañía de otras personas para luego comparar resultados. Dado el carácter impredecible de las manchas solares, una simple observación del número de Wolf tiene un gran valor científico. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p23.html (1 de 3) [12/3/2000 23.51.12] Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares Las diferentes estimaciones del número de Wolf se centralizan mundialmente en determinados centros como el Sunspot Index Data Center (http://www.oma.be/KSB-ORB/SIDC/index.html). El valor del número de Wolf obtenido cada día del año está disponible en varios sitios de Internet, como por ejemplo la NASA ( http://www.sunspotcycle.com ). En la figura se han representado los números de Wolf promedio mensuales durante los últimos años. Una actividad muy educativa sería observar el Sol real mediante el telescopio y filtro apropiados e ir apuntando el número de Wolf a lo largo del curso para ver luego su variación con los meses. Es fácil encontrar tendencias generales después de un par de meses de observación más o menos diaria. Clasificación de los grupos de manchas según el sistema de Zurich En 1938, M. Waldmeier diseñó un sistema para la clasificación de los grupos de manchas solares. Este esquema es todavía utilizado por los observadores asiduos del Sol, de manera que toda persona que envía su estimación del número de Wolf, lo suele acompañar de la clasificación de los grupos según el esquema de Zurich. En general, los grupos de manchas se clasifican en dos grandes grupos. Los unipolares son una mancha aislada o un grupo compacto de las mismas. Los grupos bipolares son estructuras elongadas consistentes en al menos dos manchas principales que están orientadas más o menos en paralelo a la rotación solar. Un grupo aparece invariablemente una estructura unipolar con una o varias manchas pequeñas sin penumbra. Este sería un grupo de tipo A. Cuando un grupo de este aspecto muestra ya cierta polaridad, se le clasifica como tipo B. Muchos grupos no evolucionan más allá de las fases A ó B, pero puede ocurrir que alguna de las manchas principales desarrolle una penumbra. Estaríamos en un grupo tipo C. Si el grupo desarrolla penumbras para varias manchas, deberíamos clasificarlo como D. Un grupo tipo E es una estructura compleja y elongada con varias manchas de penumbra bien desarrollada y pequeñas manchas en los alrededores. Los grupos de mayor complejidad, de gran tamaño y con toda una serie de fenómenos de puentes de luz, zonas oscuras etcétera, se conocen como tipo F. Pueden llegar a tener más de cien componentes, llegando a ocupar hasta un sexto del disco solar. En nuestra imagen solar se observan al menos cinco grupos y una gran mancha aislada. Examinémoslos con detalle uno a uno, y hagamos una tabla como la aquí representada en el que para grupo figure el número de manchas y tipo siguiendo el esquema de Zurich. La comparación con otras personas es interesante. Coordenadas X,Y grupo file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p23.html (2 de 3) [12/3/2000 23.51.12] Número de manchas Tipo Antares - Observatorio Virtual - P2 : Observaciones solares 36,154 8 Bipolar tipo D 184,180 5 Bipolar tipo C 280,156 4 Unipolar tipo C 272,200 9 Bipolar tipo E 260,198 ... ... 188,246 ... ... file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p23.html (3 de 3) [12/3/2000 23.51.12] Antares - Observatorio Virtual - P1 : Observaciones solares ANTARES OBSERVATORIO VIRTUAL PRÁCTICA 2: OBSERVACIONES SOLARES ● Objetivos ● Material ● Advertencia previa: peligros de la observación del Sol ● La fotosfera solar ● Observación visual del Sol ● Cálculo del número de Wolf ● Clasificación de los grupos de manchas según el sistema de Zurich ● Determinación de las dimensiones de una mancha solar ● Posibles proyectos observacionales Determinación de las dimensiones de una mancha solar Una vez conocida la distancia de la Tierra al Sol en el momento de nuestra observación, toda medida sobre la superfice del Sol puede transformarse de manera sencilla en dimensiones físicas reales. En el caso de nuestra torre solar y esta observación concreta, los treinta y dos minutos de arco que corresponden al tamaño aparente del Sol están recogidos en una imagen con una determinada cantidad de píxeles. Conocida la escala de segundos de arco por píxel de nuestra imagen, podemos medir el tamaño de una cierta mancha o grupo de manchas y convertir este tamaño en píxeles a tamaño en segundos de arco. En nuestra consola el disco completo ocupa un total de 400 píxeles, por lo que cada píxel equivale a 4.8 segundos de arco. Dado que el Sol tiene un diámetro de 1.4 millones de kilómetros, y la distancia media del Sol a la Tierra es de 150 millones de kilómetros, un segundo de arco sobre la superficie solar corresponde a unos 730 km. Estas estimaciones no tienen en cuenta la variación de la distancia Tierra-Sol a lo largo del año ni el factor asociado a la inclinación con que observamos la mancha en el disco solar. Sin embargo estos efectos son despreciables para el nivel de precisión necesario aquí. Con ayuda de nuestra consola, tomaremos una imagen detallada de uno de los grupos de manchas visibles. Por ejemplo, la representada más abajo nor permitirá medir la mancha centrada en coordenadas (188,246) pero cualquier otro valdría. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p24.html (1 de 3) [12/3/2000 23.51.12] Antares - Observatorio Virtual - P1 : Observaciones solares Mediante la herramienta de medida comprobaremos que las manchas solares son estructuras de unas dimensiones realmente grandes. Debemos tomar primero una imagen. Para ello pulsamos en "medir" e integramos durante un corto intervalo de tiempo, por ejemplo 20 segundos. Seleccionando "Distancia" y pulsando en ambos lados de la penumbra de la mancha obtenemos un valor de 20 píxeles de longitud. Estos 20 píxeles equivalen a unos 96 segundos de arco, lo que supone nada menos que 70000 (setenta mil) kilómetros de tamaño. Conocido el diámetro de la Tierra, es fácil estimar el número de veces que nuestro planeta podría quedar contenido en esta mancha. ¿Cúal es el tamaño entonces de la gran mancha situada en (288,156)? Posibles proyectos observacionales Si se realizaran observaciones como éstas durante varios días seguidos sería posible calcular varios parámetros físicos relacionados con el Sol: ● Período de rotación del Sol ● Comprobar el que los grupos de manchas parecen siempre entre latitudes de 3 y 40 grados tanto norte como sur. ● Comprobar el que a lo largo del ciclo de once años se produce una migración de las manchas en latitud desde latitudes altas a bajas. ● La relación de tamaños entre las zonas de umbra y de penumbra de las manchas solares varía. Se piensa que este fenómeno podría estar relacionado con el que el Sol se encuentre en un máximo o un mínimo de actividad. Sin embargo aún no hay estudios concluyentes al respecto. ● Observación de la cromosfera. Si a un telescopio real se le dota con un filtro monocromático que deje pasar sólo la luz en alguna de las longitudes de onda de las file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p24.html (2 de 3) [12/3/2000 23.51.12] Antares - Observatorio Virtual - P1 : Observaciones solares líneas CaII H en 3968.47 A, CaII K en 3933.67 A y Ha en 6562.8 A tendríamos la oportunidad de observar la cromosfera del Sol. Se trata de una capa más caliente situada justo por encima de la fotosfera. Al observar en Ha por ejemplo se pueden apreciar las protuberancias solares. file:///E|/antares/obser0/02obsolares/p24.html (3 de 3) [12/3/2000 23.51.12]