15. Observar el Sol de forma segura
Por David Galadí Enríquez
La astronomía práctica no es una actividad exclusivamente nocturna. A lo largo de esta guía nos hemos referido a bastantes detalles que pueden comprobarse a plena luz del día. Pero aún nos queda por estudiar a fondo el cuerpo celeste al que dedica todos sus esfuerzos toda una rama de la astrofísica, la heliofísica, la física del Sol.
Nada especial, pero muy especial
El Sol es una estrella más, eso lo sabemos con certeza a estas alturas de la historia de la ciencia. Durante siglos, si no milenios, imperó la idea de que las estrellas son lucecitas pequeñitas colgadas de una esfera hueca sólida y oscura, el fondo del cielo, el firmamento. En esa visión medieval del cosmos el Sol era un cuerpo celeste, normalmente contabilizado como uno más de los planetas (entre los que, también, se incluía la Luna), y que destacaba por su rasgo exclusivo: emitir cantidades enormes de luz y calor.
El carácter especial del Sol llamaba la atención incluso en los modelos astronómicos antiguos geocéntricos, es decir, aquellos que colocaban la Tierra en el centro del universo. Junto a su papel de portador de la luz, el Sol desempeñaba una función desconcertante de coordinación de los movimientos planetarios. Para los planetas clásicos, desde Mercurio hasta Saturno (todos ellos conocidos desde la más remota antigüedad, porque se perciben a simple vista), el sistema Tolemaico incorporaba toda una serie de esferas que giraban sobre otras esferas, pero siempre de manera que ciertas líneas y dispositivos se mantuvieran alineados con la dirección que va de la Tierra al Sol.
Este rasgo, que había que incorporar a los modelos de una manera un tanto artificial, desde fuera, resultaba de lo más desconcertante y brindaba uno de los argumentos más convincentes (aunque de carácter estético) para defender el modelo heliocéntrico copernicano. En efecto, en un modelo centrado en el Sol y en el que la Tierra pasa a ser un planeta más, este comportamiento del Sol como director de los movimientos planetarios surge de manera natural.
Ahora sabemos que el Sol es el centro del Sistema Solar, pero que se trata de una estrella más entre una cantidad abrumadora de otras de distintos tamaños y potencias. Con una modestia tal vez excesiva, hoy decimos que el Sol es una estrella «enana» de tipo espectral G2. Aparte de la masa y, por tanto, la temperatura, la única diferencia sustancial entre el Sol y el resto de estrellas es la distancia. Hay estrellas más masivas y menos masivas que el Sol, lo que se traduce en astros más o menos calientes y brillantes. Desde ese punto de vista, en realidad el Sol no es un objeto modesto, puesto que se encuentra en la primera división. Si asimilamos al Sol todas las estrellas de su mismo tipo espectral, el tipo G (sin poner ahora la atención en los números que subdividen cada tipo en categorías más detalladas), resulta que solo un 5 % de las estrellas de nuestro entorno en la Galaxia son más potentes que el grupo del Sol (lo que incluye los astros de tipos O, B, A, F y gigantes). Un 6 % del total pertenece al tipo G, pero nada menos que el 89 % de las estrellas de la Galaxia son más débiles que el Sol (tipos espectrales K, M y enanas blancas). Vemos, por tanto, que el Sol es una estrella normal… pero no tanto, porque se encuentra entre la élite galáctica en lo que a masa se refiere y, por tanto, también en cuanto a luminosidad.
Además, lo tenemos muy cerca.
Distancia, luz y calor
La cercanía basta para hacer al Sol protagonista de toda una rama de la astrofísica moderna. Por más que sea una estrella normal (aunque tirando a grande, como hemos visto) entre toda una multitud, se halla tan cerca que podemos someterlo a una gran cantidad de estudios, de análisis, de pruebas experimentales y observacionales imposibles con las estrellas más lejanas.
El Sol se encuentra a una unidad astronómica de distancia de la Tierra (1 au), equivalente a casi 150 millones de quilómetros (en rigor, 149 597 870.7 km), lo que asciende a unos ocho minutos-luz y puede parecer mucho hasta que nos damos cuenta de que la siguiente estrella, el sistema triple de alfa del Centauro, yace a nada menos que 275 mil veces más lejos que el Sol, a 4.3 años-luz (1.3 pársecs).
Con un brillo aparente que alcanza la magnitud -26, cuando el Sol se levanta por encima del horizonte su luz se esparce por toda la atmósfera y tapa el brillo de todo lo demás salvo la Luna y, en ocasiones, el planeta Venus. De día no vemos las estrellas… salvo una. Pero el estudio de esa única estrella del día es suficiente para tener entretenidas a todas las personas que se dedican a la heliofísica en nuestro planeta.
La heliofísica es una disciplina científica que se dedica a estudiar un único objeto (y su interacción con el entorno). Puede sonar excéntrico, pero realmente no les falta el trabajo. La comparación con el estudio del resto de estrellas es brutal: si con un telescopio normal para uso nocturno conviene hacer todos los esfuerzos posibles por aprovechar hasta la última gota de luz, en el caso del Sol la preocupación primera consiste en evitar que su caudal de radiación queme los aparatos o incluso los ojos, si se observa visualmente.
En heliofísica profesional se utilizan grandes telescopios especiales que sacan todo el partido a esas cantidades ingentes de luz solar. Sin embargo, en el ámbito de la astronomía práctica amater, el reto consiste en aplicar al Sol aparatos pensados para funcionar de noche y con poca luz. El resultado es que casi siempre nos sobran fotones y la principal de nuestras misiones debe ser no quemar ni nada ni a nadie. Se puede lograr y, de hecho, hay muchas personas en todo el mundo que dedican el grueso de su afición por la astronomía a seguir el comportamiento del Sol día a día. Pero, para ello, hay que aplicar una serie de precauciones y de técnicas especiales, a las que vamos a dedicar buena parte de este capítulo final de nuestra guía de iniciación a la astronomía.
El Sol a simple vista
Lo primero que conviene advertir cuando se trata de observar el Sol de manera segura es que nunca se debe mirar a nuestra estrella sin una protección adecuada, y esto es cierto tanto para la observación a simple vista como con instrumentos ópticos.
Si se dirige la mirada al Sol a simple vista, el tren de lentes del ojo proyecta sobre la retina una imagen del disco solar que es capaz de dañar las células sensibles a la luz. Aunque no se haga con instrumentos ópticos, para mirar la Sol hay que interponer algún dispositivo que elimine la mayoría de la luz incidente: un filtro solar.
Hay filtros solares aptos para mirar el Sol a simple vista, de calidad homologada y de varios tipos. Además, suelen venderse montados sobre soportes de cartón similares a gafas parecidas a las que se emplean para los anaglifos, o sea, para ver en relieve esas fotos extrañas tomadas con colores azules y rojos y que terminan dando sensación de profundidad. Pero, por supuesto, en el caso de las gafas solares los papelitos de celofán azul y rojo se sustituyen por materiales capaces de eliminar la cantidad adecuada de luz solar. También hay que tener la garantía de que se suprime toda la radiación ultravioleta e infrarroja, invisible para el ojo humano pero capaz de dañarlo igualmente.
Estas gafas de cartón dotadas de filtros solares se suelen llamar gafas de eclipse, porque se utilizan mucho durante las fases parciales de los eclipses de Sol.
Hay gafas de eclipse con filtros que a primer golpe de vista parecen negros, como las que se muestran en la figura 2. Se hacen de un polímero especial que elimina casi toda la luz del Sol y deja un residuo lo bastante débil como para que resulte seguro para la vista. Los filtros de polímero suelen brindar imágenes del Sol de tonos anaranjados.
Otras gafas de eclipse tienen filtros que parecen de papel de aluminio pero, por supuesto, están hechos de otra cosa. Se trata de láminas plásticas sobre las que se depositan capas muy delgadas de metales y otras sustancias, hasta formar un grosor que, de nuevo, solo deja pasar la luz aceptable para el ojo. Estos filtros de aspecto plateado suelen dar imágenes del Sol de tonos algo más naturales, de un gris que quizá vire un poco hacia el azulado.
Se hagan con polímeros o con filtros plateados, las gafas de eclipse son seguras si proceden de un fabricante serio, y así son todas las que están disponibles en los comercios especializados en astronomía.
Los filtros plateados también se venden en láminas más o menos grandes, que suelen venir enrolladas, lo que permite recortar y montar las propias gafas de eclipse, aunque esta opción solo es recomendable para personas que tengan habilidad para las manualidades. De este modo sí sería posible convertir unas gafas de anaglifo en unas de eclipse, si se retiran los plastiquitos azul y rojo y se sustituyen por filtros solares adecuados. También es posible forrar con este material las propias gafas de ver, en especial si se padece algo de miopía.
Un recurso alternativo para la observación del Sol a simple vista lo ofrecen los filtros de soldadura. Se trata de unos vidrios que se venden en ferreterías, pensados para proteger la vista de las personas que se dedican a la soldadura de metales por diversos métodos. Se clasifican por números de opacidad, de manera que un número más elevado ofrece mayor protección. Para la visión del Sol directa solo son seguros los filtros de los números 12 o 13, aunque puede que el primero de ellos deslumbre un poco. Aunque el uso de este sistema sea totalmente seguro, hay que tener en cuenta que la calidad óptica de estos filtros no siempre es la ideal.
Terminamos este apartado dedicado a la observación del Sol a simple vista advirtiendo que no se debe utilizar ningún otro método alternativo aparte de los ya indicados: filtros especiales o filtros de soldador del número correcto. Otras ideas más o menos tradicionales implican riesgos inasumibles porque no filtran toda la luz visible necesaria, o porque no hay garantía de que eliminen bien las radiaciones ultravioleta e infrarroja. Entre los recursos no recomendables están las gafas de sol normales, los negativos fotográficos velados, los discos informáticos de varios tipos, cristales ahumados, láminas de radiografía o reflejos en la superficie del agua. Tómese estos consejos en serio y no arriesgue la vista. Si de verdad usted tiene interés en observar el Sol a simple vista, con o sin eclipse, prepárese de la manera adecuada y adquiera filtros que garanticen su seguridad.
El Sol con telescopio: proyección
La seguridad ocular debe ser el primer objetivo cuando se observa el Sol a simple vista y, por supuesto, no debe dejarse de lado si se pretende emplear un telescopio. Si la luz solar al natural ya puede ser dañina, concentrada por un telescopio puede resultar catastrófica. Pero no hay que perder de vista un segundo objetivo, también: el de no dañar el propio instrumento óptico.
En efecto, prismáticos y telescopios modernos cuentan en su interior con muchas piezas de plástico que pueden quedar destruidas si se introduce la luz solar sin filtrar en el camino óptico de aparatos que suelen estar diseñados para digerir niveles de radiación ínfimos, como los que se manejan al observar las estrellas o las nebulosas.
Un primer sistema de observación solar con telescopio consistiría en utilizar el aparato óptico como proyector, sin filtro de ningún tipo, pero con un ocular colocado (habrá que hacer pruebas para ver qué ocular ofrece la imagen del Sol más atractiva, lo normal será utilizar uno de poco aumento). Se apunta hacia el Sol el telescopio, para lo cual no hay que mirar jamás por el buscador, sino que hay que guiarse por la forma de la sombra que proyecta el propio tubo sobre el suelo. Una vez apuntado al Sol, se arroja su luz sobre una pantalla adecuada, la cual convendrá que esté a la sombra, para lo que puede ser necesario añadir una visera o parasol al propio telescopio, o servirse de algún otro sistema más o menos ingenioso. La imagen solar se puede enfocar moviendo el ocular por medio del portaoculares. Así es posible lograr imágenes solares proyectadas bastante grandes y capaces de revelar una cantidad de detalle sorprendente. Además, se cuenta con la ventaja de que varias personas pueden disfrutar de la observación al mismo tiempo.
Eso sí, resulta crucial, es imprescindible, no hay que olvidar: asegurarse de nuestro telescopio es apto para recibir en su interior la luz solar no filtrada. Hay telescopios flamantes y nuevecitos que han quedado inutilizados por intentar proyectar el Sol con ellos. El ocular utilizado requiere la misma atención y cuidado que el telescopio y solo debe utilizarse uno que carezca de piezas plásticas o inflamables. No hace falta decir que jamás hay que arrimar el ojo al ocular de un telescopio apuntado al Sol sin filtro. Además, puede ser adecuado tapar el buscador, para evitar que el propio buscador se dañe internamente y para prever la posibilidad de que alguien pase la mano, el ojo o cualquier otra cosa por detrás de él mientras el aparato está apuntado al Sol.
La proyección puede aplicarse también a unos prismáticos colocados sobre un trípode. Por supuesto, hay que atender las mismas precauciones: hacerlo solo si se tiene la certeza de que el instrumento no se va a dañar internamente, y controlar que a nadie se le ocurra mirar por los prismáticos mientras apunten al Sol. Cubrir uno de los dos objetivos suele ser recomendable.
El Sol con telescopio: filtros
Pero lo más seguro, y quizá lo más práctico, es apuntar el telescopio o los prismáticos al Sol utilizando un filtro diseñado expresamente para ello. En tiempos antiguos (y aún hoy día en telescopios pequeños y de poca calidad) se utilizaban a veces filtros solares que se enroscaban en el ocular. Estos dispositivos no son recomendables, por dos motivos. Primero, porque con ellos sigue siendo necesario introducir toda la radiación solar sin filtrar en el tubo óptico, lo cual puede ponerlo en peligro, como ya hemos comentado. Segundo, porque el material del filtro roscado al ocular, una pieza pequeñita, tiene que absorber toda la energía sobrante que no se quiere introducir en el ojo, lo cual la calienta muchísimo, y esto hace que filtro y ocular alcancen temperaturas astronómicas, que pueden quemar por simple contacto, aparte de que, según se dice, en ciertos casos los filtros de este tipo han llegado a quebrarse bajo la tensión térmica.
Con mucha diferencia son preferibles los filtros que se colocan a la entrada del telescopio, delante del objetivo. Los hay de materiales diversos: vidrios tintados de tonos variados, polímeros o combinaciones de polímero y recubrimientos superficiales metálicos. Muchas marcas de telescopio venden filtros solares frontales ya montados, de manera que se adaptan bien a las características de sus propios aparatos. En el caso de los filtros hechos con polímero es bastante frecuente comprar hojas de este material, que vienen sueltas, y dedicarse un poco a las manualidades caseras para preparar algún sistema que permita adaptar el filtro a la boca del telescopio.
El mecanismo más pedestre consiste en pillar un trozo de filtro con una goma elástica. Así, al acabar la observación solar se retira de nuevo la hoja de material protector y se guarda enrollada dentro de un tubo. Esto puede ser lo más cómodo en términos de almacenaje, pero la experiencia demuestra que no es lo mejor para la conservación del filtro, que tras muchas colocaciones y enrollados tiende a arrugarse y, lo que es peor, a deteriorarse. Por eso puede ser buena idea montar el filtro en un aro o soporte permanente, construido a medida para que encaje en nuestro telescopio.
Sea de vidrio o de polímero, esté o no montado en un marco o aro fijo, lo importante es que se trate de un material homologado y fiable. Solo así se tendrá la garantía de que se suprime toda la luz visible que sobra y, sobre todo, el cien por cien de los rayos infrarrojos y ultravioletas del Sol que, aunque no se perciben con el ojo, son muy capaces de dañarlo si alcanzan el globo ocular sin filtrar.
La fotosfera solar y el oscurecimiento del limbo
De acuerdo, hasta ahora hemos comentado qué recursos se pueden utilizar para observar el Sol de manera segura. Pero ¿qué cosas podemos ver en el disco solar?
Nuestra estrella es el único objeto de su categoría del que podemos observar la superficie, su disco visible, con multitud de detalles en su interior.
El primer rasgo que puede llamar la atención se aprecia incluso a simple vista, pero destaca mucho más cuando se proyecta el Sol sobre una pantalla o cuando se mira con telescopio mediante un filtro adecuado: se trata del oscurecimiento del limbo. En efecto, no cuesta darse cuenta de que el disco solar aparece más oscuro hacia el borde que por el centro. Este fenómeno se produce también en los planetas dotados de atmósfera y lo comentamos en los casos de Júpiter y Saturno en el capítulo 11. El motivo es el mismo en el caso del Sol: de la estrella vemos la superficie visible, o fotosfera, de la que parte la luz. Pero por encima de ella quedan aún varias capas poco a nada luminosas que, en general, podríamos llamar la atmósfera solar, y que inducen una cierta absorción en la luz que las atraviesa. La luz procedente de los bordes del disco solar cruz más grosor de atmósfera que la que viene del centro, por lo que se oscurece más (véase la figura 9).
Nos hemos referido a la fotosfera como a la superficie visible del Sol. Pero suele decirse, y es verdad, que el Sol es una masa gaseosa, ¿es posible hablar de una superficie en sentido estricto en un objeto así? La verdad es que sí. Por supuesto, al tratarse de un gas no hay un límite físico duro. Las partes sólidas o líquidas de la Tierra sí tienen un borde abrupto, pero nuestra atmósfera se va enrareciendo poco a poco con la altura sin presentar una frontera clara. En el caso del Sol también hay una transición progresiva, pero la fuerza gravitatoria de la estrella y las peculiaridades de los mecanismos de emisión de luz en gases ionizados hacen que, en proporción al tamaño del astro, esa zona de transición sea muy delgada y, vista desde la Tierra con medios modestos, se puede considerar que sí hay una frontera bien definida, la fotosfera propiamente dicha. Se trata de la región desde la que parten los rayos de luz últimos, los que luego ya no se ven demasiado afectados por el resto del material que hay por encima.
Ya hemos dicho que sí hay algunas capas por encima de la fotosfera, la atmósfera solar, que consta de cromosfera y corona, pero para observarlas se requieren o bien aparatos especiales que quedan fuera de los objetivos de este curso, o un eclipse total de Sol que oculte la fotosfera pero deje esas capas superiores, más tenues, a la vista.
Manchas solares
Pero, sin lugar a dudas, las protagonistas absolutas del disco solar son las manchas. El sol atraviesa ciclos de actividad que duran unos once años, y a lo largo de cada uno de ellos el número de manchas solares va cambiando, desde casi ninguna en las temporadas de mínimo hasta un despliegue que puede ser bastante espectacular en el par de años centrado en cada máximo. Muchas personas se dedican al recuento de manchas solares, para lo cual hay que seguir unas normas bastante estrictas, y luego envían sus datos a centros donde se recopila esta información, que es de utilidad para el estudio de los ciclos solares.
Las manchas más pequeñitas se llaman poros y aparecen como simples puntitos oscuros en la superficie solar. Una mancha más desarrollada exhibe dos regiones: una interior más oscura llamada sombra o umbra, y una aureola externa de brillo intermedio entre la sombra y la fotosfera llamada penumbra.
Las manchas de mayor tamaño, frecuentes cerca de los máximos de actividad, llegan a distinguirse a simple vista (siempre con filtros adecuados) y, como suelen aparecer en grupos, pueden conformar estructuras oscuras muy llamativas. Si se tiene en cuenta la distancia hasta el Sol y que a simple vista no es nada fácil percatarse en su disco de nada que mida menos de dos minutos de arco, se concluye que las manchas (o grupos) perceptibles a simple vista tienen que tener un tamaño lineal mínimo cercano a los cien mil quilómetros. Con telescopio, por supuesto, se aprecian otras mucho menores, pero muchísimas de ellas superan las dimensiones lineales del planeta Tierra que, situado a la distancia del Sol, subtendería apenas un tercio de minuto de arco (unos 17 segundos de arco).
Además, sus formas, tamaños y estructuras evolucionan en cuestión de horas, de un día para otro, lo que garantiza un espectáculo interesante a la vez que didáctico. Hay varios sistemas para clasificar las manchas solares y los grupos que forman, dependiendo de su tamaño y características.
La proyección del Sol sobre una pantalla mediante telescopio no altera su color natural y permite ver que la penumbra de las manchas es de un tono ligero anaranjado o marronoso. Esta circunstancia es más difícil de apreciar, si no imposible, con el empleo de filtros, que acostumbran a alterar en cierta medida el color original del disco solar y de las estructuras que aparecen en él.
Las manchas solares permiten seguir la rotación del Sol. Visto desde la Tierra, el Sol parece dar una vuelta cada 26 días y cuarto. Pero hay que advertir que la velocidad de rotación solar cambia con la latitud: las regiones ecuatoriales rotan en menos tiempo que las polares, donde una vuelta vista desde la Tierra puede llegar a durar casi 40 días.
Las manchas solares no son negras, solo lo parecen por contraste con las regiones circundantes de la fotosfera. En realidad se trata de áreas más frías, por lo que emiten menos luz.
Granulación
La fotosfera es una superficie gaseosa en ebullición constante y está repleta de burbujas de gas que suben y bajan, como las células de convección en una olla repleta de agua hirviendo. Cada célula convectiva recibe el nombre de gránulo y tienen un tamaño habitual de unos 1500 quilómetros. Esto les confiere un tamaño angular aparente de tan solo dos segundos de arco. Este grado de detalle está al alcance de los grandes observatorios profesionales, pero supone todo un reto para telescopios modestos en uso visual.
En teoría son muchos los telescopios que podrían alcanzar una resolución angular límite de dos segundos de arco. Como indicamos en el capítulo 9 al tratar las características ópticas de los telescopios, en teoría bastaría un objetivo de unos 7 cm de abertura para llegar a ese nivel. Pero hay que tener en cuenta la borrosidad inducida por la atmósfera terrestre, que a plena luz del día acostumbra a empeorar muchísimo, de manera que se suele convertir en el factor limitante para detectar la granulación solar.
No nos desesperemos, pues, si no logramos captar la granulación incluso tras varios intentos. Un telescopio de tamaño normal la terminará por poner de manifiesto si se observa el Sol en condiciones de turbulencia adecuadas, lo cual es poco frecuente, pero no imposible. La granulación se manifestará mejor observando directamente con filtro, mejor que proyectando la imagen en una pantalla. Cuando se llega a detectar se muestra como una textura parecida a la de la arena que llena todo el disco solar, un aspecto que a veces se ha comparado con el del cristal esmerilado o el de la roca granítica de grano fino. Mover o hacer vibrar un poco el telescopio puede ayudar a verla.
Eclipses
Y terminamos con un comentario sobre la observación de eclipses de Sol. En un eclipse de Sol la Luna pasa por delante de la estrella y la oculta de manera total o parcial. El peligro de un eclipse solar no está en el eclipse en sí, sino en la luz del Sol, que puede dañar la retina incluso aunque el disco solar esté tapado casi por completo. No se debe mirar al Sol sin protección nunca, ni a simple vista ni con instrumentos, y los eclipses de Sol no son una excepción a esta regla. Durante un eclipse de Sol solo es seguro mirar sin protección mientras dure la fase de totalidad, si es que en el lugar de observación el eclipse llega a ser total. Durante las fases de parcialidad (o de anularidad, en el caso de eclipses anulares) siempre hay que proteger la vista y los instrumentos y, para ello, servirán los mismos consejos de observación que se han dado más arriba.
Bibliografía y recursos
D. Galadí-Enríquez y J. Gutiérrez Cabello, De la Tierra al universo: Astronomía general teórica y práctica, 2ª. edición, Ediciones Akal. El capítulo 33, el más largo de todo el libro, se dedica a «El Sol y la heliosfera».
Lee McDonald, Cómo observar el Sol de forma segura, Ediciones Akal. Un libro breve pero completo dedicado a las técnicas de observación solar más recomendables a nivel de afición.
Javier Ruiz Fernández, El Sol, Ediciones Marcombo. Este volumen de la colección Astromarcombo se dedica al astro rey y abarca contenidos tanto teóricos como prácticos de la máxima actualidad.
Recursos en la red:
Página en la red vinculada al libro de Javier Ruiz Fernández mencionado más arriba:
www.parehelio.com