Sol El Sol (del latín sol, solis, a su vez de la raíz protoindoeuropea sauel-)[4] es una estrella del tipo espectral G2 que se encuentra en el centro del Sistema Solar y constituye la mayor fuente de radiación electromagnética de este sistema planetario.[5] La Tierra y otros cuerpos (incluidos otros planetas, asteroides, meteoroides, cometas y polvo) orbitan alrededor del Sol.[5] Por sí solo, representa alrededor del 99,86 % de la masa del Sistema Solar.[6] La distancia media del Sol a la Tierra fue definida exactamente por la Unión Astronómica Internacional en 149 597 870 700 metros[7] (aproximadamente 150 millones de kilómetros). Su luz recorre esta distancia en 8 minutos y 19 segundos. La energía del Sol, en forma de luz solar, sustenta a casi todas las formas de vida en la Tierra a través de la fotosíntesis, y determina el clima de la Tierra y la meteorología.
La diferencia de tamaños entre el Sol y la Tierra queda patente en esta imagen comparativa de ambos, con la tierra en el lado izquierdo, y un trozo del Sol a la derecha.
tardar unos mil millones de años en enfriarse.[9] Se formó a partir de nubes de gas y polvo que contenían residuos de generaciones anteriores de estrellas. Gracias a la metalicidad de dicho gas, de su disco circunestelar surgieron, más tarde, los planetas, asteroides y cometas del Sistema Solar. En el interior del Sol se producen reacciones de fusión en las que los átomos de hidrógeno se transforman en helio, produciéndose la energía que irradia. Actualmente, el Sol se encuentra en plena secuencia principal, fase en la que seguirá unos 5000 millones de años más quemando hidrógeno de manera estable.
Es la estrella del sistema planetario en el que se encuentra la Tierra; por lo tanto, es el astro con mayor brillo aparente. Su visibilidad en el cielo local determina, respectivamente, el día y la noche en diferentes regiones de diferentes planetas. En la Tierra, la energía radiada por el Sol es aprovechada por los seres fotosintéticos, que constituyen la base de la cadena trófica, siendo así la principal fuente de energía de la vida. También aporta la energía que mantiene en funcionamiento los procesos climáticos. El Sol es una estrella que se encuentra en la fase denominada secuencia principal, con un tipo espectral G2, que se formó entre 4567,9 y 4570,1 millones de años y permanecerá en la secuencia principal aproximadamente 5000 millones de años más. El Sol, junto con todos los cuerpos celestes que orbitan a su alrededor, incluida la Tierra, forman el Sistema Solar.
A pesar de ser una estrella mediana, es la única cuya forma se puede apreciar a simple vista, con un diámetro angular de 32′ 35″ de arco en el perihelio y 31′ 31″ en el afelio, lo que da un diámetro medio de 32′ 03″. La combinación de tamaños y distancias del Sol y la Luna son tales que se ven, aproximadamente, con el mismo tama- El sol rodeado por un arcoiris ño aparente en el cielo. Esto permite una amplia gama de eclipses solares distintos (totales, anulares o parciales). Cada segundo se transforman 700 millones de toneladas de hidrógeno en cenizas de helio, este proceso transforma 5 millones de toneladas de materia en energía, lo que da como resultado que el Sol cada vez se vuelve más 1 Nacimiento y muerte del Sol liviano.[10] El Sol se formó hace 4650 millones de años y tiene combustible para 7500 millones más.[8] [nota 1] Después, comenzará a hacerse más y más grande, hasta convertirse en una gigante roja. Finalmente, se hundirá por su propio peso y se convertirá en una enana blanca, que puede
Llegará un día en que el Sol agote todo el hidrógeno en la región central al haberlo transformado en helio. La presión será incapaz de sostener las capas superiores y la región central tenderá a contraerse gravitacionalmente, calentando progresivamente las capas adyacentes. El exce1
2
2 ESTRUCTURA DEL SOL
so de energía producida hará que las capas exteriores del Sol tiendan a expandirse y enfriarse y el Sol se convertirá en una estrella gigante roja. El diámetro puede llegar a alcanzar y sobrepasar al de la órbita de la Tierra, con lo cual, cualquier forma de vida se habrá extinguido.
de ese destino.[11] Sin embargo, un artículo reciente postula que ello no ocurrirá y que las interacciones mareales, así como el roce con la materia de la cromosfera solar, harán que nuestro planeta sea absorbido.[12] Otro artículo posterior apunta en la misma dirección.[13]
El Sol visto a través de las lentes de una cámara fotográfica desde la superficie terrestre.
Amanecer desde el mirador del Garbí en Valencia (España).
Cuando la temperatura de la región central alcance aproximadamente 100 millones de kelvins, comenzará a producirse la fusión del helio en carbono mientras alrededor del núcleo se sigue fusionando hidrógeno en helio. Ello producirá que la estrella se contraiga y disminuya su brillo a la vez que aumenta su temperatura, convirtiéndose el Sol en una estrella de la rama horizontal. Al agotarse el helio del núcleo, se iniciará una nueva expansión del Sol y el helio empezará también a fusionarse en una nueva capa alrededor del núcleo inerte -compuesto de carbono y oxígeno y que por no tener masa suficiente el Sol no alcanzará las presiones y temperaturas suficientes para fusionar dichos elementos en elementos más pesados- que lo convertirá de nuevo en una gigante roja, pero ésta vez de la rama asintótica gigante y provocará que el astro expulse gran parte de su masa en la forma de una nebulosa planetaria, quedando únicamente el núcleo solar que se transformará en una enana blanca y, mucho más tarde, al enfriarse totalmente, en una enana negra. El Sol no llegará a estallar como una supernova al no tener la masa suficiente para ello.
2 Estructura del Sol
Ciclo de vida del Sol Ahora
Calentamiento gradual
Gigante roja
Nebulosa planetaria
Enana blanca 1 Nacimiento
2
3
4
5
6
7
8
9
Miles de millones de años (aprox.)
10
11
12
13
14
no está a escala
Ciclo de vida del Sol.
Si bien se creía en un principio que el Sol acabaría por absorber a Mercurio, a Venus y a la Tierra al convertirse en gigante roja, la gran pérdida de masa que sufrirá en el proceso hizo pensar por un tiempo que la órbita terrestre -al igual que la de los demás planetas del Sistema Solarse expandiría posiblemente y salvaría a nuestro planeta
Imagen detallada de un conjunto de manchas solares observadas en el espectro de luz visible. La umbra y la penumbra son claramente discernibles, así como la granulación solar.
Como toda estrella, el Sol posee una forma esférica, y a causa de su lento movimiento de rotación, tiene también un leve achatamiento polar. Como en cualquier cuerpo masivo, toda la materia que lo constituye es atraída hacia el centro del objeto por su propia fuerza gravitatoria. Sin embargo, el plasma que forma el Sol se encuentra en equilibrio, ya que la creciente presión en el interior solar compensa la atracción gravitatoria, lo que genera un equilibrio hidrostático. Estas enormes presiones se producen debido a la densidad del material en su núcleo y a las enormes temperaturas que se dan en él gracias a las reacciones termonucleares que allí acontecen. Existe, además de la contribución puramente térmica, una de origen fotónico. Se trata de la presión de radiación, nada despreciable, que es causada por el ingente flujo de fotones emitidos en el centro del Sol.
2.1
Núcleo
3
Casi todos los elementos químicos terrestres (aluminio, azufre, bario, cio, calcio, carbono, cerio, cobalto, cobre, cromo, estaño, estroncio, galio, germanio, helio, hidrógeno, hierro, indio, magnesio, manganeso, níquel, nitrógeno, oro, oxígeno, paladio, plata, platino, plomo, potasio, rodio, silicio, sodio, talio, titanio, tungsteno, vanadio, circonio y zinc) y diversos compuestos (como el cianógeno, el óxido de carbono y el amoniaco) han sido identificados en la constitución del astro rey, por lo que se ha concluido que, si nuestro planeta se calentara hasta la temperatura solar, tendría un espectro luminoso casi idéntico al Sol. Incluso el helio fue descubierto primero en el Sol y luego se constató su presencia en nuestro planeta.[14] El Sol presenta una estructura en capas esféricas o en “capas de cebolla”. La frontera física y las diferencias químicas entre las distintas capas son difíciles de establecer. Sin embargo, se puede determinar una función física que es diferente para cada una de las capas. En la actualidad, la astrofísica dispone de un modelo de estructura solar que explica satisfactoriamente la mayor parte de los fenómenos observados. Según este modelo, el Sol está formado por: 1) núcleo, 2) zona radiante, 3) zona convectiva, 4) fotosfera, 5) cromosfera, 6) corona, 7) manchas solares, 8) granulación y 9) viento solar.
2.1
Núcleo
Ocupa unos 139 000 km del radio solar, 1/5 del mismo, y es en esta zona donde se verifican las reacciones termonucleares que proporcionan toda la energía que el Sol produce. Esta energía generada en el núcleo del Sol tarda un millón de años para alcanzar la superficie solar.[10] El Sol está constituido por un 81 % de hidrógeno, 18 % de helio, y el 1 % restante se reparte entre otros elementos. En su centro se calcula que existe un 49 por ciento de hidrógeno, 49 por ciento de helio y un 2 por ciento que se distribuye en otros elementos que sirven como catalizadores en las reacciones termonucleares. A comienzos de la década de los años 30 del siglo XX, el físico austriaco Fritz Houtermans (1903-1966) y el astrónomo inglés Robert d'Escourt Atkinson (1898-1982) unieron sus esfuerzos para averiguar si la producción de energía en el interior del Sol y en las estrellas se podía explicar por las transformaciones nucleares. En 1938 Hans Albrecht Bethe (1906-2005), en los Estados Unidos, y Carl Friedrich von Weizsäcker (1912-2007), en Alemania, simultánea e independientemente, encontraron el hecho notable de que un grupo de reacciones en las que intervienen el carbono y el nitrógeno como catalizadores constituyen un ciclo, que se repite una y otra vez, mientras dura el hidrógeno. A este grupo de reacciones se les conoce como ciclo de Bethe o del carbono, y es equivalente a la fusión de cuatro protones en un núcleo de helio. En estas reacciones de fusión hay una pérdida de masa, esto es, el hidrógeno consumido pesa más que el helio producido. Esa diferencia de masa se transforma en energía,
Imagen que muestra las capas del interior del sol
según la ecuación de Einstein (E = mc²), donde E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz. Estas reacciones nucleares transforman el 0,7 por ciento de la masa afectada en fotones, con una longitud de onda cortísima y, por lo tanto, muy energéticos y penetrantes. La energía producida mantiene el equilibrio térmico del núcleo solar a temperaturas aproximadamente de 15 millones de kelvins. El ciclo ocurre en las siguientes etapas: 1H
1
7N
+ 6 C12 → 7 N13 ;
13
→ 6 C13 + e+ + neutrino ;
1H
1
+ 6 C13 → 7 N14 ;
1H
1
+ 7 N14 → 8 O15 ;
8O 1H
15
1
→ 7 N15 + e+ + neutrino ;
+ 7 N15 → 6 C12 + 2 He4 .
Sumando todas las reacciones y cancelando los términos comunes, se tiene 4 1 H1 → 2 He4 + 2e+ + 2 neutrinos = 26,7 MeV.
4
2 ESTRUCTURA DEL SOL
La energía neta liberada en el proceso es 26,7 MeV, o sea cerca de 6,7·1014 J por kg de protones consumidos. El carbono actúa como catalizador, pues al final del ciclo se regenera. Otra reacción de fusión que ocurre en el Sol y en las estrellas es el ciclo de Critchfiel o protón-protón. Charles Critchfield (1910-1994) era en 1938 un joven físico alumno de George Gamow (1904-1968) en la Universidad George Washington, y tuvo una idea completamente diferente, al darse cuenta que en el choque entre dos protones muy rápidos puede ocurrir que uno pierda su carga positiva y se convierta en un neutrón, que permanece unido al otro protón y forma un deuterón, es decir, un núcleo de hidrógeno pesado. La reacción puede producirse de dos maneras algo distintas: 1H
1
+ 1 H1 → 1 H² + e+ + neutrino ;
1H
1
+ 1 H² → 2 He³ ;
2 He³
+ 2 He³ → 2 He4 + 2 1 H1 .
El primer ciclo se da en estrellas más calientes y con mayor masa que el Sol, y la cadena protón-protón en las estrellas similares al Sol. En cuanto al Sol, hasta el año 1953 se creyó que su energía era producida casi exclusivamente por el ciclo de Bethe, pero se demostró durante estos últimos años que el calor solar proviene en su mayor parte (~75 %) del ciclo protón-protón.
modo que el calor se transporta de manera no homogénea y turbulenta por el propio fluido. Los fluidos se dilatan al ser calentados y disminuyen su densidad. Por lo tanto, se forman corrientes ascendentes de material desde la zona caliente hasta la zona superior, y simultáneamente se producen movimientos descendentes de material desde las zonas exteriores frías. Así, a unos {{esd|200 000 km} bajo la fotosfera del Sol, el gas se vuelve opaco por efecto de la disminución de la temperatura; en consecuencia, absorbe los fotones procedentes de las zonas inferiores y se calienta a expensas de su energía. Se forman así secciones convectivas turbulentas, en las que las parcelas de gas caliente y ligero suben hasta la fotosfera, donde nuevamente la atmósfera solar se vuelve transparente a la radiación y el gas caliente cede su energía en forma de luz visible, y se enfría antes de volver a descender a las profundidades. El análisis de las oscilaciones solares ha permitido establecer que esta zona se extiende hasta estratos de gas situados a la profundidad indicada anteriormente. La observación y el estudio de estas oscilaciones solares constituyen el campo de trabajo de la heliosismología.
2.4 Fotosfera
La fotosfera es la zona visible donde se emite luz visible del Sol. La fotosfera se considera como la «superficie» solar y, vista a través de un telescopio, se presenta formada por gránulos brillantes que se proyectan sobre un fondo más oscuro. A causa de la agitación de nuestra atmósfera, En los últimos estadios de su evolución, el Sol fusiona- estos gránulos parecen estar siempre en agitación. Puesto rá también el helio producto de estos procesos para dar que el Sol es gaseoso, su fotosfera es algo transparente: puede ser observada hasta una profundidad de unos ciencarbono y oxígeno (véase proceso triple-alfa). tos de kilómetros antes de volverse completamente opaca. Normalmente se considera que la fotosfera solar tiene 2.2 Zona radiante unos 100 o 200 km de profundidad. En la zona exterior al núcleo el transporte de la energía generada en el interior se produce por radiación hasta el límite exterior de la zona radiativa. Esta zona está compuesta de plasma, es decir, grandes cantidades de hidrógeno y helio ionizado. Como la temperatura del Sol decrece del centro (15 MK) a la periferia (6 kK en la fotosfera), es más fácil que un fotón cualquiera se mueva del centro a la periferia que al revés. Sin embargo, los fotones deben avanzar por un medio ionizado tremendamente denso siendo absorbidos y reemitidos infinidad de veces en su camino. Se calcula que un fotón cualquiera invierte un millón de años en alcanzar la superficie y manifestarse como luz visible.
2.3
Zona convectiva
Esta región se extiende por encima de la zona radiante, y en ella los gases solares dejan de estar ionizados y los fotones son absorbidos con facilidad y se convierten en un material opaco al transporte de radiación. Por lo tanto, el transporte de energía se realiza por convección, de
Esquema de la estructura de anillo de una llamarada solar y su origen causado por la deformación de las líneas del campo electromagnético.
Aunque el borde o limbo del Sol aparece bastante nítido
2.4
Fotosfera
5
en una fotografía o en la imagen solar proyectada con un telescopio, se aprecia fácilmente que el brillo del disco solar disminuye hacia el borde. Este fenómeno de oscurecimiento del centro al limbo es consecuencia de que el Sol es un cuerpo gaseoso con una temperatura que disminuye con la distancia al centro. La luz que se ve en el centro procede en la mayor parte de las capas inferiores de la fotosfera, más caliente y por tanto más luminosa. Al mirar hacia el limbo, la dirección visual del observador es casi tangente al borde del disco solar por lo que llega radiación procedente sobre todo de las capas superiores de la fotosfera, más frías y emitiendo con menor intensidad que las capas profundas en la base de la fotosfera. Un fotón tarda un promedio de 10 días desde que surge de la fusión de dos átomos de hidrógeno, en atravesar la zona radiante y un mes en recorrer los 200 000 km de la zona convectiva, empleando tan solo unos 8 minutos y medio en cruzar la distancia que separa la Tierra del Sol. No se trata de que los fotones viajen más rápidamente ahora, El Sol con algunas manchas solares visibles. Las dos manchas sino que en el exterior del Sol el camino de los fotones no en el medio tienen casi el mismo diámetro que la Tierra. se ve obstaculizado por los continuos cambios, choques, quiebros y turbulencias que experimentaban en el interior te en una región central oscura, llamada “umbra”, rodeada del Sol. por una “penumbra” más clara. Una sola mancha puede Los gránulos brillantes de la fotosfera tienen muchas ve- llegar a medir hasta 12 000 km (casi tan grande como el ces forma hexagonal y están separados por finas líneas diámetro de la Tierra), pero un grupo de manchas puede oscuras. Los gránulos son la evidencia del movimiento alcanzar 120 000 km de extensión e incluso algunas veces convectivo y burbujeante de los gases calientes en la par- más. La penumbra está constituida por una estructura de te exterior del Sol. En efecto, la fotosfera es una masa en filamentos claros y oscuros que se extienden más o menos continua ebullición en el que las células convectivas se radialmente desde la umbra. aprecian como gránulos en movimiento cuya vida media es tan solo de unos nueve minutos. El diámetro medio de los gránulos individuales es de unos 700 a 1000 km y resultan particularmente notorios en los períodos de mínima actividad solar. Hay también movimientos turbulentos a una escala mayor, la llamada “supergranulación”, con diámetros típicos de unos 35 000 km. Cada supergranulación contiene cientos de gránulos individuales y sobrevive entre 12 a 20 horas. Fue Richard Christopher Carrington (1826-1875), cervecero y astrónomo aficionado, el primero en observar la granulación fotosférica en el siglo XIX. En 1896 el francés Pierre Jules César Janssen (1824-1907) consiguió fotografiar por primera vez la granulación fotosférica. El signo más evidente de actividad en la fotosfera son las manchas solares. En los tiempos antiguos se consideraba al Sol como un fuego divino y, por consiguiente, perfecto e infalible. Del mismo modo se sabía que la brillante cara del Sol estaba a veces nublada con unas manchas oscuras, pero se imaginaba que era debido a objetos que pasaban en el espacio entre el Sol y la Tierra. Cuando Galileo (1564-1642) construyó el primer telescopio astronómico, dando origen a una nueva etapa en el estudio del Universo, hizo la siguiente afirmación “Repetidas observaciones me han convencido, de que estas manchas son sustancias en la superficie del Sol, en la que se producen continuamente y en la que también se disuelven, unas más pronto y otras más tarde”. Una mancha solar típica consis-
Imagen detallada de un conjunto de manchas solares observadas en el visible. La umbra y la penumbra son claramente discernibles así como la granulación solar.
Ambas (umbra y penumbra) parecen oscuras por contraste con la fotosfera, simplemente porque están más frías que la temperatura media de la fotosfera. Así, la umbra tiene una temperatura de 4000 K, mientras que la penumbra alcanza los 5600 K, inferiores en ambos casos a los
6
2 ESTRUCTURA DEL SOL
6000 K que tienen los gránulos de la fotosfera. Por la ley de Stefan-Boltzmann, en que la energía total radiada por un cuerpo negro (como una estrella) es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura efectiva (E = σT4 , donde σ = 5,67051·10−8 W/m²·K4 ), la umbra emite aproximadamente un 32 % de la luz emitida por un área igual de la fotosfera y análogamente la penumbra tiene un brillo de un 71 % de la fotosfera. La oscuridad de una mancha solar está causada únicamente por un efecto de contraste; si pudiéramos ver a una mancha tipo, con una umbra del tamaño de la Tierra, aislada y a la misma distancia que el Sol, brillaría una 50 veces más que la Luna llena. Las manchas están relativamente inmóviles con respecto a la fotosfera y participan de la rotación solar. El área de la superficie solar cubierta por las manchas se mide en términos de millonésima del disco visible.
2.5
Cromosfera
La cromosfera es una capa exterior a la fotosfera visualmente mucho más transparente. Su tamaño es de aproximadamente 10 000 km, y es imposible observarla sin filtros especiales, pues es eclipsada por el mayor brillo de la fotosfera. La cromosfera puede observarse durante un eclipse solar en un tono rojizo característico y en longitudes de onda específicas, notablemente en Hα, una longitud de onda característica de la emisión por hidrógeno a muy alta temperatura.
uno de los principales enigmas de la ciencia solar reciente. Estas elevadísimas temperaturas son un dato engañoso y consecuencia de la alta velocidad de las pocas partículas que componen la atmósfera solar. Sus grandes velocidades son debidas a la baja densidad del material coronal, a los intensos campos magnéticos emitidos por el Sol y a las ondas de choque que rompen en la superficie solar estimuladas por las células convectivas. Como resultado de su elevada temperatura, desde la corona se emite gran cantidad de energía en rayos X. En realidad, estas temperaturas no son más que un indicador de las altas velocidades que alcanza el material coronal que se acelera en las líneas de campo magnético y en dramáticas eyecciones de material coronal (EMCs). Lo cierto es que esa capa es demasiado poco densa como para poder hablar de temperatura en el sentido usual de agitación térmica. Todos estos fenómenos combinados ocasionan extrañas rayas en el espectro luminoso que hicieron pensar en la existencia de un elemento desconocido en la tierra al que incluso denominaron coronium hasta que investigaciones posteriores en 1942 concluyeron que se trataban de radiaciones producidas por átomos neutros de oxígeno de la parte externa de la misma corona, así como de hierro, níquel, calcio y argón altamente ionizados (fenómenos imposibles de obtener en laboratorios).[15]
Las prominencias solares ascienden ocasionalmente desde la fotosfera, alcanzan alturas de hasta 150 000 km y producen erupciones solares espectaculares.
2.6
Corona solar
Corona Solar
Tomada por el Telescopio Óptico Solar Hinode, el 12 de enero de 2007, esta imagen revela la naturaleza filamentaria del plasma conectando dos regiones con diferente polaridad magnética.
La corona solar está formada por las capas más tenues de la atmósfera superior solar. Su temperatura alcanza los millones de kelvin, una cifra muy superior a la de la capa que le sigue, la fotosfera, siendo esta inversión térmica
La corona solar solamente es observable desde el espacio con instrumentos adecuados que anteponen un disco opaco para eclipsar artificialmente al Sol o durante un eclipse solar natural desde la Tierra. El material tenue de la corona es continuamente expulsado por la fuerte radiación solar dando lugar a un viento solar. Así pues, se cree que las estructuras observadas en la corona están modeladas en gran medida por el campo magnético solar y las células de transporte convectivo. En 1970 el físico sueco Hannes Alfvén obtuvo el premio Nobel. Él estimó que había ondas que transportaban energía por líneas del campo magnético que recorre el plasma de la corona solar. Pero hasta hoy no se había po-
3.1
Eyección de masa coronal
7
dido detectar la cantidad de ondas que eran necesarias 3.1 Eyección de masa coronal para producir dicha energía. La eyección de masa coronal (CME) es una onda hecha Pero imágenes de alta definición ultravioleta, tomadas cade radiación y viento solar que se desprende del Sol en da 8 segundos por el satélite de la NASA Solar Dymanics el periodo llamado Actividad Máxima Solar. Esta onda Observatory (SDO), han permitido a científicos como es muy peligrosa ya que daña los circuitos eléctricos, los Scott McIntosh y a sus colegas del Centro Nacional Estatransformadores y los sistemas de comunicación. Cuando dounidense de Investigación Atmosférica, detectar gran esto ocurre, se dice que hay una tormenta solar. cantidad de estas ondas. Las mismas se propagan a gran velocidad (entre 200 y 250 kilómetros por segundo) en • Cada 11 años, el Sol entra en un turbulento ciclo el plasma en movimiento. Ondas cuyo flujo energético se (Actividad Máxima Solar) que representa la época sitúa entre 100 y 200 vatios por kilómetro cuadrado “son más propicia para que el planeta sufra una tormenta capaces de proveer la energía necesaria para propulsar a solar. Dicho proceso acaba con el cambio de polarilos rápidos vientos solares y así compensar las pérdidas dad solar (no confundir con el cambio de polaridad de calor de las regiones menos agitadas de la corona soterrestre). lar”, estiman los investigadores. Sin embargo, para McIntosh esto no es suficiente para generar los 2000 vatios por metro cuadrado que se necesitan para abastecer a las zonas activas de la corona. Es por esto que se requiere de instrumentos con mayor capacidad temporal y espacial para estudiar todo el espectro de energía irradiada en las regiones activas de nuestra estrella.
3
Heliosfera. Efectos del viento solar en el Sistema Solar
Vista de la heliosfera protegiéndonos de las radiaciones provenientes del centro de la galaxia.
• Nos encontramos en el Ciclo Solar 24, que comenzó en enero de 2008. • Una potente tormenta solar es capaz de paralizar por completo la red eléctrica de las grandes ciudades, una situación que podría durar semanas, meses o incluso años. • Las tormentas solares pueden causar interferencias en las señales de radio, afectar a los sistemas de navegación aéreos, dañar las señales telefónicas e inutilizar satélites por completo. • El 13 de marzo de 1989, la ciudad de Quebec, en Canadá, fue azotada por una fuerte tormenta solar. Como resultado de ello, seis millones de personas se vieron afectadas por un gran apagón que duró 90 segundos. La red eléctrica de Montreal estuvo paralizada durante más de nueve horas. Los daños que provocó el apagón, junto con las pérdidas originadas por la falta de energía, alcanzaron los cientos de millones de dólares. • Entre los días 1 y 2 de septiembre de 1859, una intensa tormenta solar afectó a la mayor parte del planeta. Las líneas telegráficas de los Estados Unidos y el norte de Europa quedaron inutilizadas y se provocaron varios incendios. Además, una impresionante aurora boreal, fenómeno que normalmente solo puede observarse desde las regiones árticas, pudo verse en lugares tan alejados de los polos como el sur de Europa, el Caribe, o Hawái.[16]
3.2 Cambio de polaridad solar La heliosfera sería la región que se extiende desde el Sol hasta más allá de Plutón y que se encuentra bajo la influencia del viento solar. Es en esta región donde se extienden los efectos de las tormentas geomagnéticas y también donde se extiende el influyo del campo magnético solar. La heliosfera protege al Sistema Solar de las radiaciones provenientes del medio interestelar y su límite se extiende a más de 100 UA del Sol, límite solo superado por los cometas.
El campo magnético del sol se forma como sigue: En el núcleo, las presiones del hidrógeno provocan que sus átomos únicamente queden excluidos por las fuerzas de polaridad de los protones, dejando una nube de electrones en torno a dicho núcleo (los electrones se han desprendido de las órbitas tradicionales, formando una capa de radiación electrónica común). La fusión de los átomos de hidrógeno en helio se produce en la parte más interna del
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5 OBSERVACIÓN ASTRONÓMICA DEL SOL
núcleo, en donde el helio queda restringido por ser un material más pesado. Dicho 'ordenamiento' induce que los propios electrones compartan estados de energía y en consecuencia sus campos magnéticos adquieran aún más densidad y potencia. Las enormes fuerzas de gravedad, impiden que los fotones (portadores de esas fuerzas) escapen de forma libre. De esta forma se genera en su interior un potente campo magnético que influye en la dinámica del plasma en las capas siguientes. Los campos magnéticos, tal como si se tratase de un material fluido, encuentran su dinámica por las fuerzas magnetohidrodinámicas en constante interacción con las gravitatorias y rotacionales de la estrella, llegando a la superficie de manera que, los materiales más externos quedan ordenados conforme a las líneas de fuerza gauss. La rotación solar produce que las capas más externas no giren todas a la misma velocidad, por lo que el ordenamiento de estas líneas de fuerza se va descompensando a medida que los materiales distribuidos entre los polos y el ecuador van perdiendo sincronismo en el giro rotacional de la estrella. Por cada ruptura en la integridad del campo magnético, se produce un escape de líneas de fuerza gauss (produciendo las típicas manchas negras), en las que un aumento de estas, puede tener como consecuencia una erupción solar consecuente por la desintegración local del campo gauss. Cuando el sol se acerca a su máximo desorden, las tormentas solares son máximas. Estos periodos se dan cada 11 años. El sol no posee un campo electromagnético como el de la Tierra, sino que posee lo que se denomina Viento solar, producido por esas inestabilidades rotacionales del Sol. Si no fuera por eso, los campos magnéticos del sol quedarían restringidos a la dinámica del plasma.
ción de energía no está aún muy extendido debido a que los mecanismos actuales no son suficientemente eficaces.
4.1 Reacciones termonucleares e incidencia sobre la superficie terrestre Una mínima cantidad de materia puede convertirse en una enorme manifestación de energía. Esta relación entre la materia y la energía explica la potencia del Sol, que hace posible la vida. ¿Cuál es la equivalencia? En 1905, Einstein había predicho una equivalencia entre la materia y la energía mediante su ecuación E=mc². Una vez que Einstein formuló la relación, los científicos pudieron explicar por qué ha brillado el Sol por miles de millones de años. En el interior del Sol se producen continuas reacciones termonucleares. De este modo, el Sol convierte cada segundo unos 564 millones de toneladas de hidrógeno en 560 millones de toneladas de helio, lo que significa que unos cuatro millones de toneladas de materia se transforman en energía solar, una pequeña parte de la cual llega a la Tierra y sostiene la vida. Con la fórmula y los datos anteriores se puede calcular la producción de energía del Sol, obteniéndose que la potencia de nuestra estrella es aproximadamente 3'8x1026 vatios, ó 3'8x1023 kilovatios —o, dicho de otra manera, el Sol produce en un segundo 760 000 veces la producción energética anual a nivel mundial—.
5 Observación astronómica del Sol
Por esa misma razón, una reacción de fusión entre dos átomos de hidrógeno en el interior del sol, tarda 11 años en llegar a escapar de las enormes fuerzas gravitatorias y magnéticas.
4
Importancia de la energía solar en la Tierra
La mayor parte de la energía utilizada por los seres vivos procede del Sol, las plantas la absorben directamente y realizan la fotosíntesis, los herbívoros absorben indirectamente una pequeña cantidad de esta energía comiendo Tránsito lunar frente al Sol capturado durante la calibración de las plantas, y los carnívoros absorben indirectamente una las cámaras de imagen ultravioleta de la sonda STEREO B cantidad más pequeña comiendo a los herbívoros. Unas de las primeras observaciones astronómicas de la La mayoría de las fuentes de energía usadas por el hom- actividad solar fueron las realizadas por Galileo Galilei en bre derivan indirectamente del Sol. Los combustibles fó- el siglo XVII, utilizando vidrios ahumados al principio, y siles preservan energía solar capturada hace millones de usando el método de proyección después. Galileo obseraños mediante fotosíntesis, la energía hidroeléctrica usa vó así las manchas solares y pudo medir la rotación solar la energía potencial de agua que se condensó en altura así como percibir la variabilidad de éstas. En la actuadespués de haberse evaporado por el calor del Sol, etc. lidad la actividad solar es monitoreada constantemente Sin embargo, el uso directo de energía solar para la obten- por observatorios astronómicos terrestres y observatorios
9 espaciales. Entre los objetivos de estas observaciones se encuentra, no solo alcanzar una mayor comprensión de la actividad solar, sino también la predicción de sucesos de elevada emisión de partículas potencialmente peligrosas para las actividades en el espacio y las telecomunicaciones terrestres.
5.1
Exploración solar
Entonces determinó la distancia y el tamaño del Sol (relativos). Sin embargo, siendo necesario medir unos ángulos demasiado pequeños, y sin los instrumentos para ello, no logró la suficiente exactitud. Determinó que el Sol se encuentra 20 veces más lejos de lo que está la Luna, y determinó que su diámetro era al menos 7 veces el diámetro de la Tierra.[19] Según los cálculos actuales el Sol se encuentra 400 veces más alejado que la Luna, y su diámetro es 109 veces más grande que el de la Tierra, por lo que fue muy grande el error de medición. Para establecer la distancia real de la Tierra a la Luna sugirió un método utilizando curvatura de la sombra de la Tierra proyectada en la Luna, durante los eclipses lunares.[20] (Este método fue utilizado por Hiparco de Nicea posteriormente para calcular esa distancia).
Aristarco, pensando que el Sol era al menos 7 veces más grande que la Tierra, sugirió que no es el Sol el que gira al rededor de la Tierra, sino al contrario, siendo el primero en sugerir la teoría heliocéntrica. Sin embargo, sus ideas no fueron aceptadas por sus contemporáneos y la teoría heliocéntrica no se retomó hasta 1543, 17 siglos Video con un mosaico de imágenes captadas por instrumentos después, cuando Copérnico publicó su libro ≪Sobre las de la sonda espacial Solar Dynamics Observatory que permite revoluciones de los orbes celestes≫.[21][22] observar la luz producida por el Sol más allá de lo que el ojo humano puede percibir. En 1650 Godefroy Wendelin repitió las mediciones de Aristarco midiendo directamente la distancia al Sol, esLa luz solar que apreciamos de a simple vista es de co- ta vez con mayores recursos técnicos que 18 siglos atrás. lor amarillo, pero en realidad el sol la emite en todas las Llegó a la conclusión de que el Sol estaba unas 240 veces longitudes de onda.[17] más alejado que la Luna.[23] Esta vez el error fue menor, pero todavía menor al valor que se mide actualmente. Para obtener una visión ininterrumpida del Sol en longitudes de onda inaccesibles desde la superficie terrestre, la En 1609, Kepler abrió el camino para determinar las disAgencia Espacial Europea y la NASA lanzaron coopera- tancias relativas de todos los cuerpos del sistema solar, no tivamente el satélite SOHO (Solar and Heliospheric Ob- solo de la Luna y el Sol, por lo que sabiendo la distancia servatory) el 2 de diciembre de 1995. La sonda europea a cualquiera de los planetas se podría saber la distancia al Ulysses realizó estudios de la actividad solar, y la sonda Sol.[24] Posteriormente Cassini, en 1673 obtuvo el paranorteamericana Génesis se lanzó en un vuelo cercano a la laje de Marte, por lo que logró determinar su distancia. heliósfera para regresar a la Tierra con una muestra di- Entonces, en base a los cálculos de Kepler, determino la recta del material solar. Génesis regresó a la Tierra en el distancia al sol en 136 millones de kilómetros (esta vez 2004, pero su reentrada en la atmósfera fue acompaña- la distancia se acercó bastante a los datos actuales, y el da de un fallo en su paracaídas principal que hizo que se error fue sólo de 7 %).[25] estrellara sobre la superficie. El análisis de las muestras obtenidas prosigue en la actualidad.
7 Véase también 6
Cálculo histórico del tamaño del sol y su distancia
Aristarco de Samos fue el primero en hacer estimaciones sobre la distancia al Sol. No llegó a distancias concretas, sino que estableció distancias relativas a la distancia entre la Tierra y la Luna. Esperó a que la fase de la Luna sea de un cuarto exactamente, momento en que el ángulo Tierra-Luna-Sol debería ser un ángulo recto. Entonces la hipotenusa del rectángulo sería la distancia de la Tierra al Sol. Para esto era necesario medir con exactitud el ángulo del Sol respecto a la Luna, cosa que no es nada fácil.[18][19]
•
Portal:Sistema Solar. Contenido relacionado con Sistema Solar.
• Ciclo Solar 24 • Día • Dios solar • Eclipse solar • Energía solar • Evolución estelar
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10 BIBLIOGRAFÍA
• Factor de protección solar • Orto • Sistema Solar • Sol de medianoche • Variación solar • Viento solar
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Notas aclaratorias
[1] En algunos documentos es posible encontrar 5,5 billones de años, error que se comete por una mala traducción de 5.5 billions del sistema inglés.
9
Referencias
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11.2
Observación del Sol
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11.1
Generales
• Sobre la edad más exacta del Sol/Sistema Solar (en inglés). • Sistema Solar. • El Sol (en solarviews.com). • El Sol (en astronomiaonline.com). • Nuestro Sol. Actividad educativa: el Sistema Solar.
11.2
Observación del Sol
• Recomendaciones para observar el Sol. • Lista de la mayoría de observatorios solares terrestres (en inglés). • Página web de SOHO (The Solar and Heliospheric Observatory) (en inglés). • Solar Position algorithm (en inglés).
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12 TEXTO E IMÁGENES DE ORIGEN, COLABORADORES Y LICENCIAS
12 12.1
Texto e imágenes de origen, colaboradores y licencias Texto
• Sol Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Sol?oldid=84443335 Colaboradores: Maveric149, Macar~eswiki, Agremon, Llull~eswiki, ArnoLagrange, ILVI, Qubit, Joseaperez, Sabbut, Moriel, Pablo.cl, JorgeGG, Chris K, Pieter, Lourdes Cardenal, ManuelGR, Julie, Vanbasten 23, Robbot, Angus, Rumpelstiltskin, Jovalcis, Sanbec, Zwobot, Togo~eswiki, Interwiki, Rosarino, Dodo, Ejmeza, Pybalo, Ascánder, Sms, Manegok, Tostadora, Xgarciaf, Tano4595, Renacimiento, Agguizar, Flextron, Joselarrucea, Carlos Quesada~eswiki, Barbol, Wricardoh, Xenoforme, Fergarci, Gengiskanhg, Xatufan, Rondador, Cinabrium, Kordas, Desatonao, LeonardoRob0t, Javierme, Taragui, Teo~eswiki, Soulreaper, Petronas, Mescalier, Airunp, JMPerez, Taichi, Emijrp, LP, Kokoo, Orgullobot~eswiki, RobotQuistnix, Platonides, Alhen, Chobot, Elkie, Ascraeus, Yrbot, BOT-Superzerocool, Vitamine, BOTijo, YurikBot, Mortadelo2005, GermanX, Sasquatch21, Emepol, Gaijin, KnightRider, The Photographer, Titoxd, Anagnorisis, Eskimbot, Banfield, Dove, Maldoror, Er Komandante, Cheveri, Chlewbot, Smrolando, Miguel303xm, Sigmanexus6, Axxgreazz, Jorgechp, Futbolero, Aleator, Carlukas, Qwertyytrewqqwerty, Gizmo II, CEM-bot, Cantero, Damifb, Laura Fiorucci, Luiscon, -jem-, Freakofnurture~eswiki, Ignacio Icke, Salvador alc, The Kan, Rastrojo, Antur, Jorge, Gonn, Martínhache, Montgomery, FrancoGG, Ggenellina, Rjelves, Thijs!bot, Outrun, Jmcalderon, Fernandopcg, Escarbot, Yeza, Albireo3000, LMLM, Botones, Isha, Bernard, Hanjin, MetalMind, Mpeinadopa, JAnDbot, Kved, Pueril, Frangonve, Mansoncc, Nanecita, Muro de Aguas, Gsrdzl, CommonsDelinker, TXiKiBoT, Xosema, Bot-Schafter, Netito777, Rei-bot, Rominandreu, Fixertool, Amanuense, Chabbot, Idioma-bot, Pólux, Dánier, Zeroth, Fremen, AlnoktaBOT, VolkovBot, Technopat, C'est moi, Galandil, Queninosta, Penarc, Tjem, Josell2, Matdrodes, Synthebot, DJ Nietzsche, Sinman, Phoenix58, Elabdio, BlackBeast, AlleborgoBot, 3coma14, Muro Bot, YonaBot, SieBot, Juanpalomo, Danielba894, Loveless, Obelix83, Cobalttempest, Sageo, Martamorlan, Drinibot, Ignacio javier igjav, CASF, BOTarate, Mel 23, Inri, Manwë, Felviper, Pascow, Zarateman, Erudito234, Correogsk, Jamila, BuenaGente, Belb, Mafores, PipepBot, Elfodelbosque, Yilku1, The Green Knight, Tirithel, Mutari, XalD, Javierito92, Piradaperdida, Luisrafael7, HUB, Antón Francho, Nicop, Polimen, Discernimiento, Siina, Eduardosalg, Alvaratas2, Yáser, Fanattiq, Leonpolanco, Alejandrocaro35, Petruss, BetoCG, Ener6, Atila rey, Rαge, Republicanito, Açipni-Lovrij, PePeEfe, Camilo, UA31, Shalbat, AVBOT, Elliniká, David0811, LucienBOT, J.delanoy, Gizbot, MastiBot, Hemingway10, Angel GN, NicolasAlejandro, Diegusjaimes, Davidgutierrezalvarez, MelancholieBot, Victormoz, Agusx1211, CarsracBot, Arjuno3, Saloca, Andreasmperu, Luckas-bot, MystBot, WikiDreamer Bot, NACLE, Jotterbot, Ixfd64, Dangelin5, Bsea, Ursinism, Leiro & Law, Nixón, Luis Felipe Schenone, SuperBraulio13, Juamax, Xqbot, Jkbw, GhalyBot, -Erick-, Ricardogpn, Kismalac, Igna, Torrente, Kingpowl, Botarel, BenzolBot, JeyDominic, MauritsBot, AstaBOTh15, Panderine!, Carlos Alberto Quiroga, Yirutzen Soul, BOTirithel, David Perez, United kindow, Hprmedina, Karlita chikis, Mono92, BOMBINI, TobeBot, ALAIN100, Halfdrag, Vubo, Cit vësco, Kamila Camacho, Owairan, Ansanyun, Abece, Jerowiki, Alan256, Cidel, Mariposa blue09, PatruBOT, Lourdesmo 91, AldanaN, Ganímedes, KamikazeBot, Superlol020, Alexmartinez4, Adri acc, Angelito7, FONKAT, Omar torres soto, ArwinJ, TjBot, Ripchip Bot, DEagleBot, Tarawa1943, Koszmonaut, Jorge c2010, Tayrydino, Foundling, GrouchoBot, Wikiléptico, Miss Manzana, Seamless20, Edslov, EmausBot, Bachi 2805, Savh, AVIADOR, HRoestBot, Allforrous, Margionet, Tomicompu, JA Galán Baho, Sergio Andres Segovia, Klorinda, Africanus, Alrik, Queso Cool, Szöszke, Astroamics, Lala123456~eswiki, Rubpe19, Emiduronte, ChuispastonBot, MadriCR, Waka Waka, WikitanvirBot, JOSECANTONA, Banck, Abogado83, Daimond, Movses-bot, Hiperfelix, Rezabot, MerlIwBot, Alexxxos, Angelote1234567890, Edc.Edc, KLBot2, TeleMania, Pepapdra, Eljose96, AvicBot, Deivis, Hedwig in Washington, AvocatoBot, Sebrev, Mov0021, MetroBot, Raulito787, Cyberdelic, Jhonnyelguacho, Acratta, Vetranio, Terencio, LlamaAl, David toloo, VaaLDeePeñAAs, RodRuzVal, Aleixcaballeria, Helmy oved, Starscream01, Sanluismi, ClimaEspacial, Soraya01, Lautaro 97, Alberto ECJ, Addbot, Romulanus, Balles2601, Jag2012, Geronimo110, Bryanjbg, ConnieGB, AVIADOR-bot, Alejandra camila gutierrez sanchez, Leonardo Lugo, Andyavilaart, Pencu9, MrCharro, Andres Gonzalez 1996, Tomatitomen, Cristiki17, Joacoytita, Matias.dandrea, Jarould, Brenda Enríquez, Crystallizedcarbon, Nataly0505, Fidel castres, Pacoelchingon, El gamin 0322, Gxpsy, Pelayociencias, BenjaBot, Luis alfonzo 01, Mielrios, Joan123Aa13, Kelvin negativo, Maxoossss2, Laprz, Elchoco156, Manuel Luis Abreu, Danrodric, Renérafael, Sergiodelliria, Shelsy garcia, Aitor.M.V, SilvermoonCity, Pablosanchezliger, Claudita57, Emporior12 y Anónimos: 835
12.2
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