El astrónomo Johannes Kepler hizo bocetos de manchas solares que se publicaron en su libro de 1609 "Phaenomenon Singulare Seu Mercurius In Sole". Crédito: Johannes Kepler
Johannes Kepler creyó haber dibujado a Mercurio orbitando alrededor del Sol. Lo que realmente captó es la solución a un misterio solar
(CNN) -- El astrónomo alemán Johannes Kepler hizo bocetos de manchas solares en 1607 a partir de sus observaciones de la superficie del sol y siglos más tarde, los dibujos pioneros están ayudando a los científicos a resolver un misterio solar.
Aunque todo en el sistema solar gira en torno al Sol, los científicos aún no han logrado desvelar muchos de sus secretos.
Sin embargo, el estudio de la variabilidad del Sol a lo largo del tiempo, incluido el ciclo solar, podría responder a algunas de las preguntas más antiguas sobre el ardiente orbe y cómo cambia.
Algunas de esas preguntas giran en torno a la actividad solar en el siglo XVII, una época crucial para el estudio del Sol.
En 1610, los astrónomos observaron por primera vez las manchas solares con telescopios. En ese momento, el Sol atravesaba una transición inusual hacia un largo periodo de actividad debilitada. Y los bocetos de Kepler, ignorados durante mucho tiempo por tratarse de dibujos y no de observaciones telescópicas, podrían aportar datos históricos cruciales.
Un nuevo estudio que recrea las circunstancias en las que Kepler realizó sus dibujos fue publicado el 25 de julio en la revista académica The Astrophysical Journal Letters.
"Kepler aportó muchos puntos de referencia históricos en astronomía y física en el siglo XVII, dejando su legado incluso en la era espacial", afirmó en un comunicado Hisashi Hayakawa, autor principal del estudio y profesor adjunto del Instituto de Investigación Medioambiental Espacio-Tierra de la Universidad de Nagoya.
"En este estudio, hemos demostrado que los registros de manchas solares de Kepler son varios años anteriores a los registros telescópicos de manchas solares de 1610. Sus bocetos de las manchas solares sirven como testimonio de su perspicacia científica y perseverancia frente a las limitaciones tecnológicas".
La tumultuosa actividad del Sol
El sol experimenta un ciclo de 11 años de actividad creciente y menguante, conocido como ciclo solar. Actualmente, los científicos creen que el sol está alcanzando o acercándose al máximo solar, el pico anual de su actividad para el ciclo solar actual, denominado Ciclo Solar 25.
El máximo solar se asocia normalmente con un aumento del número de manchas solares visibles en la superficie del sol. Estas regiones oscuras, algunas de las cuales pueden alcanzar el tamaño de la Tierra o más, son impulsadas por los fuertes campos magnéticos del Sol, que se encuentran en un cambio continuo.
En la actualidad, los científicos realizan un seguimiento de la actividad solar utilizando datos procedentes de observatorios terrestres y espaciales, mapas magnéticos de la superficie solar y observaciones ultravioletas de la atmósfera exterior del Sol.
Un grupo de manchas solares aparece en la superficie del sol el 18 de octubre de 2014. Crédito: NASA Goddard
Pero el simple hecho de intentar observar el Sol era una hazaña difícil hace siglos.
Las manchas solares se observaban a simple vista a través de la niebla, la bruma, el humo de los incendios forestales, o cerca del amanecer o el atardecer, cuando la atmósfera ayudaba a atenuar el brillo del sol, dijo Mark Miesch, científico investigador del Centro de Predicción del Clima Espacial de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica en Boulder, Colorado. Miesch no participó en la nueva investigación.
Kepler utilizó un aparato llamado cámara oscura, que utiliza un pequeño orificio en la pared del instrumento para proyectar la imagen del Sol en una hoja de papel y dibujar las características que observó. Kepler creyó erróneamente que había captado a Mercurio moviéndose en órbita en frente del Sol en mayo de 1607, pero 11 años después se retractó y determinó que había observado un grupo de manchas solares.
"Como este registro no era una observación telescópica, sólo se ha discutido en el contexto de la historia de la ciencia y no se había utilizado para análisis cuantitativos de los ciclos solares en el siglo XVII", dijo Hayakawa.
"Pero éste es el dibujo de una mancha solar más antiguo realizado con una observación instrumental y una proyección. Nos dimos cuenta de que este dibujo de mancha solar debería ser capaz de decirnos la ubicación de la mancha solar e indicar la fase del ciclo solar en 1607 siempre y cuando consiguiéramos acotar el punto y la hora de observación y reconstruir la inclinación de las coordenadas heliográficas -es decir, las posiciones de las características en la superficie del Sol- en ese momento".
Un gran mínimo solar
Las manchas solares no son la única forma que tienen los científicos de entender los cambios en el Sol. Las variaciones en el campo magnético del Sol regulan el movimiento de partículas de alta energía, llamadas rayos cósmicos, a través del espacio, explica Miesch.
Cuando los rayos cósmicos golpean la atmósfera de la Tierra, pueden cambiar su química, incluido el equilibrio de carbono.
"Con el tiempo, este carbono se incorpora a las plantas y los animales, incluso a nosotros mismos", explica Miesch. "Los anillos de los árboles ofrecen una oportunidad única para seguir la evolución del carbono de un año a otro. Algunos anillos de árboles antiguos pueden remontarse miles de años. Los isótopos de carbono y otros elementos pueden rastrearse de forma similar a través de burbujas de aire atrapadas en núcleos de hielo glaciar".
Los isótopos de carbono atrapados en los anillos de los árboles y en los núcleos de hielo se han utilizado para contextualizar antiguas observaciones de manchas solares y ampliar nuestra comprensión de la actividad solar antes de que se produjeran las observaciones de manchas solares, dijo Miesch.
Estos datos se han utilizado para ayudar a los astrónomos a comprender el Mínimo de Maunder, un periodo de ciclos solares extremadamente débiles y anormales entre 1645 y 1715. Durante este llamado gran mínimo solar, las manchas solares prácticamente desaparecieron, y las pocas que se observaron sólo aparecieron en el hemisferio solar sur. El mecanismo de fondo del gran mínimo solar sigue siendo objeto de debate entre los astrónomos hoy en día, sobre todo cuando intentan averiguar cuándo y cómo podría producirse en siglos por venir.
Pero los astrónomos están de acuerdo en que el patrón de actividad solar pasó gradualmente de los ciclos regulares al gran mínimo.
Un análisis anterior de los anillos de los árboles sugería que un ciclo solar breve, el Ciclo Solar menos 14, sólo duró unos cinco años y condujo a un ciclo solar extremadamente largo de 16 años, conocido como Ciclo Solar menos 13.
"De ser cierto, esto sería realmente interesante", dijo Hayakawa. "Sin embargo, otra reconstrucción basada en anillos de árboles indicaba una secuencia de ciclos solares con duraciones normales (11 años). Entonces, ¿en qué reconstrucción debemos confiar? Es extremadamente importante comprobar estas reconstrucciones con registros independientes, preferiblemente observacionales".
Así que recurrió a los bocetos de Kepler.
Una ilustración de 1825 representa al astrónomo alemán Johannes Kepler. Crédito: Archivo Histórico Universal/Getty Images
Hayakawa y sus colegas tradujeron el informe original de Kepler, escrito en latín, para comprender la orientación exacta de sus bosquejos de manchas solares, así como para acotar el intervalo de tiempo y los lugares durante los cuales Kepler realizó las observaciones.
A continuación, Hayakawa visitó lugares de Praga, como la residencia de Kepler en la Corona Francesa y el taller del mecánico de la corte Justus Burgi, para comprender mejor la topografía desde la que Kepler observó las manchas solares.
Las herramientas modernas de datos permitieron a Hayakawa y sus colegas calcular la inclinación de la mancha solar y determinar su ubicación en el Sol. También aplicaron la ley de Spörer, observada por primera vez por el astrónomo aficionado inglés Richard Christopher Carrington y desarrollada posteriormente por el astrónomo alemán Gustav Spörer, quien describió una migración de las manchas solares de latitudes más altas a latitudes más bajas durante un ciclo solar.
El equipo de investigadores determinó que el grupo de manchas solares observado por Kepler pertenecía a la cola del Ciclo Solar menos 14 y no al principio del Ciclo Solar menos 13.
Los resultados apoyan la idea de que el Ciclo Solar menos 13 tuvo una duración regular de 11 años en lugar de 16 años. Los investigadores también pudieron estimar que el Ciclo Solar menos 13 probablemente comenzó entre 1607 y 1610.
"Esto muestra una transición típica del ciclo solar precedente al siguiente, de acuerdo con la ley de Spörer", afirmó en un comunicado Thomas Teague, coautor del estudio y observador del Centro de Análisis de Datos de Influencias Solares del Real Observatorio de Bélgica.
Dado que el ciclo solar más largo jamás registrado en los últimos tres siglos duró 14 años, es hora de encontrar otro precursor científico del Mínimo de Maunder, dijo Hayakawa.
El legado perdurable de Kepler
Aún queda mucho por aprender de figuras históricas como Kepler, afirma Sabrina Bechet, coautora del estudio e investigadora del Real Observatorio de Bélgica.
"Como me dijo uno de mis colegas, es fascinante ver cómo los registros del legado de figuras históricas transmiten implicaciones científicas cruciales a los científicos modernos incluso siglos después", dijo Bechet. "En el caso de Kepler, estamos subidos a los hombros de un gigante científico".
Los bocetos de Kepler están ayudando a dar forma a los debates en curso sobre los ciclos solares que condujeron al Mínimo de Maunder, lo que también podría ayudar a los astrónomos a modelar las condiciones previas al evento, dijo Hayakawa.
"Al situar los hallazgos de Kepler dentro de reconstrucciones más amplias de la actividad solar, los científicos adquieren un contexto crucial para interpretar los cambios en el comportamiento solar en este periodo crucial que marcó la transición de los ciclos solares regulares al gran mínimo solar", afirmó.
Miesch calificó el nuevo estudio de "trabajo impresionante" y de ejemplo de labor detectivesca que extrae nuevas perspectivas de los registros históricos.
"La larga historia de las observaciones de manchas solares constituye un vínculo a través de los siglos con generaciones de astrónomos que han contemplado el Sol con reverencia y una curiosidad que ha pasado de la superstición al escrutinio científico y a la comprensión. Resulta inspirador comprobar que los astrónomos del pasado siguen contribuyendo a los descubrimientos científicos. Y sus esfuerzos son ahora más importantes de lo que jamás hubieran podido imaginar, a medida que nuestra sociedad tecnológica se vuelve cada vez más vulnerable a los eternos altibajos de la actividad solar".