El Sol y la Fusión Nuclear

Bienvenidos todos una semana más a mi blog. Estas semanas no están siendo especialmente buenas para hacer fotografías al cielo debido al mal tiempo que tenemos. A pesar de ello, sigo mostrándoles imágenes de objetos celestes que nos maravillan. Como digo, las tormentas nocturnas no han favorecido la fotografía, es por eso que aproveché para fotografiar el astro que más veces se observa a diario: el Sol.

Entre nubes conseguí captar varias fotografías del Sol al mediodía, mientras escuchaba los truenos de un cumulonimbo situado a pocos kilómetros de mi pueblo. Realice muchas pruebas de fotografías que quería hacer al Sol, y hoy os quiero mostrar algunas de ellas. La primera y más importante, es la fotografía que realicé a todo el Sol:

Esta fotografía es una toma única con 1/1000 segundos de exposición y 100 ISO.

La fotografía se tomó el Martes 9 de Junio del 2015 a las 11:15 TU.

El equipo utilizado es un telescopio reflector Newton 200/1000, una cámara Canon EOS 1200D y un filtro solar BAADER de atenuación lumínica 99,999%.

A lo largo de los casi seis meses que lleva este blog en la web, he hablado de numerosas estrellas con curiosidades más extremas que las del Sol, siempre comparándolas con él. Esto se hace así porque en astronomía todas las medidas de las estrellas (masa, radio, luminosidad…) se expresan en unidades solares, por ejemplo, así se dice que Alnilam, la estrella del centro del cinturón de Orión, tiene 40 masas solares o que Betelgueuse, también de la constelación de Orión tiene 1000 radios solares. Nuestra estrella es el baremo para clasificar al resto.

Así pues, conocer el Sol, significa conocer un poco más del funcionamiento de las estrellas, la mayor fuente de energía del universo conocido. Voy a enseñarles una fotografía que pude tomar de la fotosfera solar en la que se observan las manchas solares del día que realicé la fotografía (las manchas solares cambian con los días) y la granulación en la superficie comúnmente llamada “piel de naranja”:

Esta fotografía es una suma de 1000 tomas extraídas de un video.

La fotografía se tomó el Martes 9 de Junio del 2015 a las 11:30 TU.

El equipo utilizado es un telescopio reflector Newton 200/1000, una webcam SPC900N y un filtro solar BAADER de atenuación lumínica 99,999%.

Si observan las fotografías podrán ver las distintas formas y agrupaciones de las manchas, que por lo general se acumulan en grandes líneas de decenas de manchas. Si observan la mancha mayor (en el centro de la primera y en la derecha de la segunda) observarán una zona oscura entorno a la mancha producida por la corriente de plasma enrollada por el fuerte campo magnético que se encuentra en la mancha.

Esa mancha mayor, se calcula que tiene un tamaño cercano al diámetro de la Tierra, figúrense la cantidad de material que se mueve en las manchas solares y el tamaño que tiene el Sol en comparación con el pequeño planeta Tierra. La física del Sol, está actualmente en estudio y no se conoce con certeza el funcionamiento global de todas las partes que lo componen. A pesar de ello, se entiende cual es el motor de su energía.

La física nuclear estudia el comportamiento de los núcleos atómicos y de las partículas que forman la materia. En el Sol, se produce uno de los fenómenos más curiosos que estudia esta rama del conocimiento: la Fusión nuclear. Es curioso que para entender un cuerpo tan masivo y enorme como una estrella, recurramos al estudio de su estructura más pequeña, las partículas elementales.

Los átomos que componen la materia están formados por una corteza de electrones (poca masa y carga negativa) y un núcleo de protones y neutrones (mucha masa y carga positiva). El número de protones en el núcleo determina el elemento. De este modo, la estructura nuclear permite la fusión (unión de núcleos) o fisión (división de núcleos) mediante un intercambio de energía. Imagino que todos recordarán la famosa ecuación de Einstein “E=mc2” que relaciona directamente la masa con la energía. Esa famosa ecuación indica la energía absorbida o emitida por el núcleo al fusionarse o romperse.

La clave de este estudio, es que los átomos se pueden fusionar emitiendo energía si la unión no tiene más que una cantidad determinada de protones, concretamente, si no superan a los del elemento Hierro. A partir de ese elemento, los átomos requerirán absorber una energía determinada para fusionarse y sin embargo, emitirán energía al fisionarse o romperse. Ya sé que esto puede parecer que se aleja del tema principal, el Sol, pero ahí está la clave de su funcionamiento.

El Sol, está compuesto principalmente por los elementos más ligeros: Hidrógeno y Helio. Dos átomos de Hidrógeno pueden fusionarse en uno de Helio liberando energía en forma de radiación. Esa radiación llega a nosotros un millón de años después de abandonar el núcleo del Sol (donde se produce la fusión). Eso se debe a que la luz al viajar por el interior del sol, donde la densidad de partículas es muy elevada, interactúa con muchas de ellas, ralentizando su  viaje.

Las centrales nucleares producen energía a través de la fisión nuclear. En general, se trabaja con el Uranio 235 que libera gran cantidad de energía al romperse. Desde hace varias décadas se está intentando realizar una fusión nuclear en un reactor de forma que sea rentable y produzca tanta energía como la fisión nuclear e incluso más, de esta forma, hay hoy en día numerosos centros donde se consigue realizar la fusión nuclear como lo haría una estrella, pero sin conseguir que sea una reacción eficiente.

Para la fusión nuclear, es necesaria una densidad de partículas y unas temperaturas comparables a las del núcleo del Sol. Eso requiere un coste energético muy elevado y debido a eso, la fusión aún no es viable. Para que se hagan una idea, el núcleo del Sol, se encuentra a unos 15 millones de grados de temperatura, nada en la Tierra puede conseguir esa temperatura sino es artificialmente. La gravedad que ejercen todas las partículas sobre el núcleo del Sol, hace que la presión ahí sea del orden de las mil millones de atmósferas (la presión del aire en la Tierra). Eso significa que si nos encontrásemos dentro del núcleo solar, por cada milímetro cuadrado de nuestro cuerpo sentiríamos el peso de aproximadamente un millón de toneladas. Obviamente, nuestro cuerpo colapsaría en un tiempo muy pequeño y no seríamos nunca capaces de sentir esa sensación.

Es por eso que la energía que se requiere para producir la fusión nuclear es actualmente más elevada que la que se extrae. Por eso, se está investigando la forma de conseguir producir esa reacción, que nos libraría a la humanidad de la escasez de energía. Las ventajas que conllevaría la fusión nuclear son que solo se necesitarían isótopos del hidrógeno, un compuesto muy común en la Tierra (desde luego, nada que ver con los combustibles fósiles) y que la energía extraída podría llegar a ser muy elevada. Esto no es poca cosa, pues el futuro de la humanidad puede depender de este descubrimiento, y por lo tanto, de nuestra comprensión del Sol.

Y esto es lo que quería mostrarles esta semana, me gustaría haberles dado a entender la importancia de la comprensión del universo (de lo grande y de lo pequeño) para la mejora vida cotidiana.

Un saludo y nos vemos la semana que viene.