Bocetos pioneros de Kepler resuelven misterios solares 400 años después
Por: Universidad de Nagoya.
26 de julio de 2024
Los primeros dibujos de manchas solares basados en las observaciones solares de Johannes Kepler con cámara oscura en mayo de 1607. Crédito: Kepler, J. 1609, Phaenomenon singulare seu Mercurius in Sole, Thomae Schureri, Lipisiae.
Utilizando técnicas modernas, los investigadores han reexaminado los dibujos “casi” olvidados de manchas solares de Johannes Kepler y han revelado información previamente oculta sobre los ciclos solares antes del gran mínimo solar. Al recrear las condiciones de las observaciones del gran astrónomo y aplicar la ley de Spörer a la luz de las estadísticas modernas, un grupo colaborativo internacional dirigido por la Universidad de Nagoya en Japón ha medido la posición del grupo de manchas solares de Kepler, ubicándolo al final del ciclo solar antes del ciclo que posteriormente presenciaron Thomas Harriot, Galileo Galilei y otros primeros observadores telescópicos.
Los hallazgos del grupo, publicados en Astrophysical Journal Letters, ofrecen una clave para resolver la controversia sobre la duración de los ciclos solares a principios del siglo XVII, que están asociados con la transición de los ciclos solares regulares al gran mínimo solar, conocido como el Mínimo de Maunder (1645-1715). Un gran mínimo solar es un período anormalmente prolongado de baja actividad de manchas solares, que es importante para informar a los investigadores sobre la actividad solar y su efecto en la Tierra.
Kepler, famoso por sus logros históricos en astronomía y matemáticas, realizó uno de los primeros registros instrumentales fechados de la actividad solar a principios del siglo XVII, antes de los primeros dibujos telescópicos de manchas solares. Utilizó un aparato conocido como cámara oscura, que consiste en un pequeño orificio en una pared para proyectar la imagen del sol sobre una hoja de papel, lo que le permitió esbozar las características visibles del sol.
En mayo de 1607, registró lo que interpretó erróneamente como un tránsito de Mercurio a través del Sol, que luego se aclaró que era el avistamiento de un grupo de manchas solares. Las manchas solares son áreas de la superficie del Sol que aparecen más oscuras debido a la intensa actividad magnética. Su aparición, frecuencia y distribución latitudinal aparecen en ciclos que afectan la radiación solar y el clima espacial.
Hisashi Hayakawa, autor principal del estudio, cree que los investigadores han subestimado la importancia de este hallazgo, afirmando que: “como este registro no fue una observación telescópica, sólo se ha analizado en el contexto de la historia de la ciencia y no se ha utilizado para análisis cuantitativos de los ciclos solares en el siglo XVII; pero este es el dibujo de manchas solares más antiguo jamás realizado con una observación instrumental y una proyección”.
Hayakawa destaca, “nos dimos cuenta de que este dibujo de la mancha solar debería poder decirnos la ubicación de la mancha solar e indicar la fase del ciclo solar en 1607 siempre que lográramos limitar el punto y el tiempo 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”.
Las observaciones fueron importantes porque el siglo XVII fue un período crucial en el ciclo solar, no sólo porque recién habían comenzado las observaciones de manchas solares, sino también porque la actividad solar pasó de los ciclos solares normales al Mínimo de Maunder, un gran mínimo solar único en la historia de las observaciones.
No se entiende del todo cómo el patrón de actividad solar pasó de ciclos regulares al gran mínimo, salvo que la transición fue gradual. Una de las reconstrucciones anteriores basadas en anillos de árboles afirmaba una secuencia que consistía en un ciclo solar extremadamente corto (≈5 años) y un ciclo solar extremadamente largo (≈16 años), asociando estas duraciones anómalas de los ciclos solares con un precursor de la transición de los ciclos solares regulares al gran mínimo solar.
“Si fuera cierto, sería interesante. Sin embargo, otra reconstrucción basada en anillos de árboles indicó una secuencia de ciclos solares con duraciones normales”, dijo Hisashi Hayakawa, de la Universidad de Nagoya. “Entonces, ¿en qué reconstrucción deberíamos confiar? Es extremadamente importante comprobar estas reconstrucciones con registros independientes, preferiblemente de observación”.
El registro de manchas solares de Kepler es una referencia observacional clave. Al analizar los registros de Kepler y compararlos con datos contemporáneos y estadísticas modernas, se hicieron varios descubrimientos. En primer lugar, después de “desproyectar” los dibujos de Kepler de las manchas solares y compensar el ángulo de posición solar, situaron el grupo de manchas solares de Kepler en una latitud heliográfica baja. Esto sugiere que el famoso dibujo esquemático de la imagen solar que Kepler diagramó en su libro no es coherente con el texto original de Kepler y las dos imágenes de la cámara oscura, que muestran la mancha solar en la parte superior izquierda del disco solar.
En segundo lugar, los investigadores desarrollando y aplicando la ley de Spörer, a la vez que una refinación de los datos con las estadísticas modernas de manchas solares, identificaron que el grupo de manchas solares probablemente estaba ubicado al final del ciclo solar -13 en lugar del comienzo del ciclo solar -14.
En tercer lugar, sus hallazgos contrastan con observaciones telescópicas posteriores, que muestran manchas solares en latitudes más altas. “Esto muestra una transición típica del ciclo solar anterior al ciclo siguiente, de acuerdo con la ley de Spörer”, dijo Thomas Teague, observador del WDC SILSO y miembro del equipo, refiriéndose al astrónomo alemán Gustav Spörer, quien describió una migración de manchas solares desde latitudes más altas a latitudes más bajas durante un ciclo solar.
En cuarto lugar, este hallazgo permite a los autores aproximarse a la transición entre el ciclo solar anterior (-14) y el siguiente (-13) entre 1607 y 1610, acotando las posibles fechas en las que se produjo. Sobre esta base, los registros de Kepler sugerían una duración regular para el ciclo solar-13, desafiando las reconstrucciones alternativas que proponen un ciclo extremadamente largo durante este período.
Al situar los hallazgos de Kepler dentro de reconstrucciones más amplias de la actividad solar, los científicos obtienen un contexto crucial para interpretar los cambios en el comportamiento solar en este período crucial que marca una transición de los ciclos solares regulares al gran mínimo solar. El legado de Kepler se extiende más allá de su destreza observacional; informa los debates actuales sobre la transición de los ciclos solares regulares al Mínimo de Maunder, un período de actividad solar extremadamente reducida y asimetría hemisférica anómala entre 1645 y 1715.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-07-kepler-sunspot-solar-mysteries-years.html