El mínimo de Maunder: ¿Qué le sucedió al Sol entre 1645 y 1715?

24 abril 2009

Pues parece ser que, durante ese periodo, nuestra estrella tuvo una actividad tan baja que, en la Tierra, se padeció un periodo conocido como la “Pequeña Edad de Hielo”, en el que los ríos se congelaron, hubo cosechas insuficientes para alimentar a la población, las enfermedades diezmaron a las gentes y, en general, se sufrió mucho para poder sobrevivir. ¿Qué le ocurrió al Sol para cambiar tanto y tan repentinamente?

No cabe duda de que consideramos al Sol como un astro bastante constante. Su majestuoso y seguro recorrido por nuestro cielo nos hace pensar que es el ejemplo perfecto de regularidad. Y, sin embargo, son muy numerosos los indicios que apoyan la idea de que el Sol no ha mantenido el mismo nivel de actividad durante el último milenio. ¿Ha tenido pues nuestra estrella episodios de “energía” menguada, en los que las manifestaciones de su gran poder han sido puntuales e infrecuentes? Y, en particular, parece ser que entre la segunda mitad del siglo XVII y principios del XVIII su actividad era tan insignificante que la Tierra, al no recibir la cantidad de radiación suficiente, casi enferma de hipotermia planetaria. ¿Tuvo lugar realmente ese periodo de frío intenso hace más de dos siglos, y si es así, por qué sucedió?

Todo empieza en 1843. Heinrich Samuel Schwabe (1789-1875), farmacéutico alemán aficionado a la Astronomía, con el ánimo de encontrar a Vulcano, un hipotético planeta entre el Sol y Mercurio, inicia una exhaustiva recopilación de sus observaciones disponibles de las manchas solares (abarcaban desde 1826), que son las más evidentes manifestaciones de la actividad solar (figura 1). Descubrió que su número varía periódicamente. En años apenas se veían, después en unos pocos aumentaban en cantidad, manteniéndose en número a lo largo de un par de años, y por último, poco a poco empezaban a menguar durante cinco o seis años más. En total, once años, aproximadamente, en los que era claro que existía un ciclo, con máximos en los que se observaban gran cantidad de manchas solares y mínimos en los que apenas de distinguían.

Otros astrónomos pronto continuaron la labor de Schwabe, mejorando el rigor de las observaciones, pero medio siglo después de que él empezara su tarea, en 1893, Edward Walter Maunder, del Royal Greenwich Observatory, en Gran Bretaña, decidió construir la llamada ’curva undecanal’, es decir, mostrar en un gráfico la actividad solar durante un extenso periodo de tiempo. Se basó en observaciones fiables de Galileo Galilei (1564-1642) y de otros astrónomos de la época para el intervalo que abarcaba desde la aplicación del telescopio hasta 1700.

Maunder constató, asombrado, que a partir de 1643, las observaciones no incluían la presencia de grandes cantidades de manchas solares. De hecho, no había casi ninguna anotación entre ese año e inicios del siglo XVIII. Para divulgar sus hallazgos, Maunder publicó en 1894 un artículo en el que llegaba a una conclusión extraordinaria: durante casi setenta años, en el intervalo que abarca desde 1645 hasta 1717, el Sol no había mostrado prácticamente ni una mancha en su superficie (1). Y esto es extraordinario porque incluso en los momentos de menor actividad, casi siempre es posible ver alguna. No se estaba considerando no observar manchas solares durante un mínimo, que abarca dos o tres años, sino a lo largo de seis largos ciclos de actividad solar. Es más, parece ser que las manchas observadas en todo ese espacio de tiempo era más o menos similar a las vistas en un mínimo cualquiera. Y aún algo más increíble; según el estudio de Maunder, existía una década (desde 1660 hasta 1670), en la que nadie, absolutamente nadie, había podido detectar una sola mancha solar. En otras palabras, durante un ciclo entero, el Sol había evidenciado un funcionamiento mínimo, al relantí, algo traducido en su superficie como inexistencia total de manchas. Un descubrimiento tan sorprendente e importante merece encuadrar a Maunder dentro del reducido grupo de astrónomos que con sus aportaciones han cambiado radicalmente la visión que teníamos del Universo. Maunder nos reveló que el Sol cambia, que su vida no ha sido siempre igual de monótona, sino que ha padecido periodos en los que reducía su actividad a la mínima expresión, algo que no era esperable de ninguna manera en un astro tan estable.

Pero Maunder no tuvo suerte. Su artículo fue seguido por muy pocos astrónomos, aunque para realizarlo había contado con la ayuda en la documentación de otros compañeros observadores. Y si nadie confió en lo que Maunder decía fue debido más a una cuestión de fe en las teorías establecidas que por fallos o errores en la teoría del astrónomo inglés. El único punto débil que podía achacársele a Maunder fue sustentar sus ideas en una base de datos carente de la total fiabilidad. En efecto, los registros no ofrecían mucha seguridad de que fueran correctos o cuidados. Aunque fueran los más numerosos, los informes poco fiables estaban confirmados por los de otros magnos astrónomos, de los cuales no cabía duda razonable alguna de su buen hacer como observadores, ya que su vida estaba llena de importantes y difíciles descubrimientos, pero ni aún así Maunder recibió la atención que merecía.

John Flamsteed (1646-1720) primer astrónomo real inglés, de gran reputación y agudeza visual (preparó un catálogo de 3.000 estrellas en el que consignaba su posición con una precisión de 10 segundos de arco, una verdadera hazaña para la época), reseñó que por fin había podido observar una mancha solar, tras varios años intentándolo.

Por otra parte, el no menos célebre Giovanni Domenico Cassini (1625-1712), bastante antes que Flamsteed, conservaba observaciones muy antiguas, desde prácticamente 1645, es decir, a partir de cuando Maunder había considerado el inicio de su periodo de escasa actividad. Lo que Cassini escribió en 1671 se convertiría en una importante baza a favor de la teoría de Edward Maunder: aquel año, el astrónomo italo-francés había visto una mancha solar; por primera vez en …¡veinte años!. Cassini no era precisamente un astrónomo de poca habilidad visual. Para los que conozcan un poco a este extraordinario observador, recordar que además de descubrir la banda oscura entre los anillos de Saturno (división de Cassini), efectuó multitud de estudios sobre la rotación de Marte, las cinturones nubosos de Júpiter, las distancias planetarias, etc. En otras palabras, era uno de los astrónomos de mayor capacidad y talento que han existido. Si Cassini había visto una mancha solar después de veinte años de no captar ninguna, había, por fuerza, que creerle.

Asimismo, el francés Jean Picard (1620-1682) dejó escrito que el llevaba una década entera sin avistar ninguna mancha hasta que por fin vio una, precisamente en 1671, el mismo año que Cassini.

Sin embargo, el recelo a aceptar los estudios de Maunder era por otros motivos. Tal vez aunque el mismo Newton hubiera certificado la inexistencia de manchas solares durante prácticamente toda su vida (curiosamente casi coincide con el periodo de que estamos hablando, 1642-1727), los científicos de principios del siglo pasado continuarían obcecados en rechazarlo. Y esto es así porque lo que Maunder estaba destrozando la visión aceptada de un Sol con un ciclo de actividad perfectamente establecido, de once años, que se había constatado al milímetro durante los últimos 170 años (figura 2).

Figura 2: Recuento del número de manchas observadas en la fotosfera solar desde los primeros registros telescópicos (hacia 1610) hasta 1998. Es clara la perfecta periodicidad de aproximadamente once años que presenta el ciclo solar, pues desde 1720 hasta la actualidad se ha presentado sin apenas modificaciones. El periodo de escasas o nulas manchas solares también aparece con nitidez entre 1645 y 1715, y con anterioridad (1610-1645) las anotaciones, aunque fragmentarias, evidencian que se registraban bastantes manchas solares. (A. A. González Coroas)

Lo extraño es que antes incluso del periodo de mínimas manchas solares, es decir, el intervalo que abarca entre las primeras observaciones telescópicas (hacia 1610) y el inicio del propio mínimo (1645), han quedado registradas gran cantidad de manchas, en especial en 1615, cuando parece ser que se alcanzaron valores cercanos a los de un máximo solar normal. En otras palabras, antes y después del periodo que estamos analizando había manchas en número abundante, y entre 1645 y 1715 apenas aparecen unas pocas. Su escaso o nulo número es constatado por observadores prestigiosos y así lo recoge y expone Maunder a la Royal Astronomical Society. Pero nadie le reconoce su acertado enfoque del fenómeno.

De hecho, ha de pasar prácticamente tres cuartos de siglo hasta que se redescubre el trabajo de Maunder. Incluso en una época tan próxima a nosotros como 1965 se continuaba ignorando el prolongado mínimo de manchas solares, sobretodo porque se creía que en ese intervalo de tiempo los datos no eran fiables, aunque ya hemos visto que no era así. Incluso un científico de la talla de George Gamow (1904-1968), en su famoso libro “Una estrella llamada Sol”, de 1964, iniciaba el recuento de manchas desde 1750, prácticamente a partir del fin del mínimo de Maunder (figura 3).

Figura 3: gráfico extraído de la obra de G. Gamow “Una estrella llamada Sol”, en el que se observa que considera el inicio de los registros fiables en 1750, justo después de finalizar el mínimo de Maunder. (G. Gamow)

Debemos esperar hasta 1970 para que el astrónomo solar John A. Eddy (High Altitude Observatory, Colorado, EE.UU.) analizara los estudios de Maunder con nuevos datos y observaciones a las que este último no tenía acceso, y publicara a su vez un artículo donde certificaba que las ideas de Maunder eran esencialmente correctas, bautizando como “Mínimo de Maunder“ el periodo correspondiente entre 1645 y 1720. Eddy apoyó sus conclusiones en una serie de importantes premisas (2), entre las que caben destacar sobretodo tres puntos, a saber: la cantidad de auroras visibles en ese intervalo, el análisis del 14C (carbono 14) en los anillos de crecimiento de los árboles, y el clima que sufrió nuestro planeta durante el propio Mínimo.

1) Las auroras (figura 4), esos magníficos espectáculos de luz que pueden observarse en altas y bajas latitudes (auroras boreales y australes), son debidas a que partículas energéticas procedentes del Sol, generalmente expulsadas tras la aparición de fáculas en la superficie de la estrella, alcanzan a la Tierra, y son desviadas por nuestro campo magnético hacia las regiones polares, donde entran en contacto con la alta atmósfera del planeta y se ionizan, es decir, los átomos pierden o ganan electrones y, por tanto, ya no son neutros, sino que adquieren carga eléctrica. Esta ionización de las partículas solares provoca la excitación de los átomos de oxígeno y nitrógeno presentes en la misma ionosfera, lo que se traduce en la formación de brillantes auroras. Bien, las auroras son, por tanto, una manifestación de la actividad solar. Cuando el Sol está muy activo y son abundantes las fáculas en su superficie, se expulsan gran cantidad de partículas de alta energía, llegan a los polos terrestres y excitan los átomos de la ionosfera. A mayor número de partículas, más auroras y de mayor intensidad en su brillo podremos observar.

Auroras
Figura 4: imagen tomada desde el trasbordador espacial Discovery en la misión STS-39 de una aurora austral. (NASA)

Si la actividad solar durante el Mínimo de Maunder hubiera sido tan baja, los registros de auroras, por fuerza, deberían ser a su vez igual de escasos, y aquí no había posibilidad alguna de error en las observaciones, pues para ver una aurora el único requisito es hallarse en una zona cuánto más próxima al polo mejor. Son tan brillantes y espectaculares que a simple vista es el mejor método para disfrutarlas.

Figura 5: gráfica con el número de auroras aparecidas en cada década desde el año 275 hasta 1730, según diferentes archivos históricos. (Modificado de “Sunspot cycles”, D.J. Schove)

Eddy estudió a conciencia los archivos, y constató que, por término medio, en los pueblos europeos de la época, durante los 70 años del Mínimo de Maunder las auroras que deberían haberse observado, según la extrapolación, sería de entre 1.000 y 5.000. Sorprendente es el hecho de no haber quedado registradas más que unas pocas decenas (figura 5), y parece ser que hubo un periodo de algunos años en el que no se vio ni una sola aurora.

Consecuentemente, tenemos que las auroras, que son una consecuencia de la actividad solar, apenas fueron observadas durante justamente el mismo intervalo de tiempo en que en el Sol el número de manchas solares era muy bajo o inexistente. Es una prueba más, por tanto, de que efectivamente entre 1645 y 1720 nuestra estrella sufrió un mínimo importante.

2) En segundo lugar, como indicio tal vez aún más importante que el anterior, es el hecho de encontrar en la dendrocronología y en el análisis del 14C en los árboles un apoyo extraordinario a las ideas de Maunder. La dendrocronología es el estudio de los anillos de crecimiento de los árboles centenarios o milenarios, para extraer información sobre las condiciones climáticas del pasado de nuestro planeta. Como si de un calendario de la vida del propio árbol se tratara, cada uno de sus anillos corresponde a un año de crecimiento. Contando los anillos concéntricos, desde el más interno (el más antiguo en edad, que pertenece a las primeras etapas de existencia del árbol) hasta el más externo se puede calcular su edad aproximada. Pero lo más interesante de la cuestión es que no todos los años quedan registrados por igual. Cuando las condiciones climáticas son benignas, el espesor del anillo es mayor, y cuando el año ha sido más duro, el anillo es muy estrecho. En realidad, y aunque parezca extraño, entre dos anillos gruesos (o sea, entre dos años benignos), se pueden contar, más o menos, 10 anillos de menor espesor. Se desprende, pues, que en los anillos de los árboles quedan registrados los ciclos de actividad solar (o mejor dicho, lo que queda registrado es la variación climática en la Tierra, que a su vez depende bastante de la actividad solar).

Además, lo más trascendente del asunto es que en los mismos árboles podemos encontrar la cantidad de 14C que ha sido absorbida por ellos en cada periodo de tiempo. Aunque esto no parezca importante, es sin embargo el punto culminante en la demostración de la existencia del Mínimo de Maunder.

El carbono 14 se produce al impactar los rayos cósmicos en el campo magnético terrestre. Los rayos cósmicos son partículas de alta energía, procedentes del Sol (3). Son capaces de causar modificaciones genéticas en los seres vivos si llegaran a la superficie terrestre. Gracias a la acción protectora de nuestro campo magnético, una especie de caparazón que engloba a la Tierra, los rayos cósmicos no causan daños de importancia. Pero una pequeña cantidad de rayos cósmicos llega a la alta atmósfera, donde tiene lugar una reacción que produce 14C. El carbono se incorpora a los árboles, y la relación de este 14C con el 12C (el carbono “normal” del árbol), que se depositan cada año, nos informará sobre la actividad solar de este modo: si el Sol muestra una actividad elevada, en la relación 14C-12C, dominará el 12C, al no haberse fijado apenas 14C. Por contra, si la actividad solar es baja, nuestro campo magnético no tendrá la fuerza suficiente para repeler los rayos cósmicos, éstos impactarán en la atmósfera y formarán mucho 14C. Al revisar los archivos de la relación 14C-12C en el pasado, si el 14C destaca notablemente, será lógico suponer que entonces la actividad solar fue baja. ¿Cuál fue la proporción 14C-12C durante el Mínimo de Maunder?

Para saberlo, debemos observar un gráfico (figura 6) en el que nos muestren el ritmo de producción del 14C con respecto a los años, e ir descubriendo si ha habido intervalos de tiempo en los que la relación del 14C-12C ha sido inhabitual.

Lo que más destaca del gráfico en cuestión es que ha habido varios periodos en los cuales el 14C tenía una proporción muy alta con respecto al 12C, es decir, que el Sol mostraba poca actividad. A medida que nos acercamos hasta las fechas más recientes podemos ver que en el siglo XI hubo un nivel muy alto de 14C (algo que se corresponde con el Mínimo de Norman, 1010-1090), otro aún más profundo hacia el siglo XIV (Mínimo de Wolf, 1280-1350), y el más intenso de todos, que abarca todo el siglo XV (Mínimo de Spörer, 1400-1510). No obstante estos datos, todavía no puede afirmarse de manera rotunda la existencia de estos mínimos, porque no están corroborados con pruebas suficientes. En cambio, hacia el final del gráfico hay otro máximo de producción de 14C, que sin duda alguna corresponde al Mínimo de Maunder.

Figura 6: gráfico con la relación de 14C-12C medida en árboles centenarios y milenarios. La proporción positiva indica una mayor absorción del 14C y, por tanto, un debilitamiento en la actividad solar. El Mínimo de Maunder está representado al final del gráfico, y es, junto con el de Spörer, el más profundo de todo el registro.

La comparación entre el gráfico de la aparición de las auroras y el de la producción de 14C evidencia que existe una fuerte conexión entre ambos. Estos dos métodos para el estudio de la actividad solar son suficientes por sí mismos para considerar que el Mínimo de Maunder tuvo lugar realmente, o, al menos, que entre 1645 y 1720 el Sol padeció un intervalo de casi total inanición.

Pero aún resta analizar otro punto fundamental: ¿qué le ocurrió a nuestro planeta durante el Mínimo? Acabamos de ver que las auroras fueron muy escasas, y que los árboles absorbieron mucho 14C, signos ambos de una baja actividad solar. Pero, en la Tierra, ¿el clima cambió? Es de suponer que si el Sol no manifestó actividad, el planeta debió sufrir alguna consecuencia climática. ¿Qué nos dicen los registros de la historia al respecto?

Si analizamos los archivos de temperatura disponibles, ya no sólo desde el siglo XVII, sino desde hace unos pocos miles de años, podemos correlacionar mejor la posible correspondencia entre actividad solar y clima terrestre (figura 7). Vemos que hacia principios del segundo milenio la temperatura había alcanzado un máximo muy destacado; era una época cálida. Seguidamente entramos en un periodo gradualmente más frío, que llega al mínimo de calor recibido hacia mediados de milenio (siglo XVI). A partir de entonces la temperatura fue aumentando poco a poco, y aunque en Groenlandia durante el siglo XVIII hubo casi un siglo de normalidad climática, y posteriormente se inició otro intervalo de mínimo térmico, esto no fue lo habitual en otros sitios. Ese periodo frío de entre el año 1500 y 1800, la “Pequeña Edad del Hielo”, tiene una fuerte conexión con el Mínimo de Maunder, y se apoya en las evidencias indirectas de formación de auroras y 14C que hemos visto.

Figura 7: medidas de la temperatura registrada en Groenlandia durante los últimos 2.500 años, obtenidas mediante la recogida de muestras de hielo. (A. Uriarte)

Son muy numerosas las diferentes manifestaciones culturales del siglo XVII y XVIII en las que aparecen representados los momentos cotidianos de las gentes de la época. Pueden llamar la atención muchas cosas, pero si observamos, por ejemplo, cuadros ingleses que muestran al río Támesis, comprobaremos asombrados que las fiestas populares no se organizaban en las calles londinenses, como sería de esperar, sino que tenían lugar… ¡sobre el mismo río! No es que los ingleses fueran capaces de permanecer flotando por encima del agua, sino que el Támesis estaba ¡totalmente congelado!. Algo tan insólito no es en absoluto habitual. Incluso en los periodos de mayor dureza climática la historia no habla de tal hecho a lo largo de los siglos.

Y en España también hay otras muestras de que en nuestro país se sufrió y mucho durante la época del Mínimo de Maunder. De hecho, y aunque esto corresponda más a motivos políticos y económicos, el siglo XVII y XVIII fue el de la decadencia del imperio español. En particular, si durante el siglo XVI se vivió cierta prosperidad tanto económica como demográfica, en el XVII se produjo una drástica reducción de la población, ya que parece ser que hubo una mortalidad extraordinaria entre 1600 y 1700 (en ésta última fecha era de siete millones de habitantes, cuando en un censo aproximado de 1590 se totalizaban 8.120.000 personas). El Mínimo de Maunder se tradujo en epidemias de peste bubónica especialmente virulentas (hubo tres brotes que causaron cerca de un millón de bajas). Además, las cosechas fueron tal vez las peores de la historia desde la modernización (relativa) de la agricultura, lo que originó desnutrición entre la mayoría de la población (algo que consecuentemente propició sublevaciones y revoluciones). A esto hay que añadir la contaminación de las aguas, desastres naturales… en fin, todo un cúmulo de infortunios para los españoles, que vieron desaparecer su dominio en Europa y, posteriormente, también en América.

En general, y de acuerdo con las mediciones recogidas en varios puntos del planeta, se puede afirmar con cierta seguridad que la Tierra padeció una disminución de temperatura de un grado por término medio. Los motivos de un Sol cambiante tan repentina y drásticamente no han sido puestos de manifiesto aún (aunque J. Eddy ha especulado con la posibilidad de que se debiera a una reducción del tamaño de nuestra estrella, tal extremo no se ha visto confirmado lo suficiente). El Mínimo de Maunder nos ha mostrado a un Sol muy diferente del que estamos acostumbrados a ver y sentir. Para poder afrontar futuros mínimos (o máximos) solares extraordinarios con la seguridad adecuada, es imprescindible estudiar más y mejor al Sol, comprender por qué varía su actividad y, en todo caso, aceptar que la Tierra no es un sistema cerrado a la que no le afectan los elementos externos a ella, sino que, como de un ser vivo se tratara, sufre y siente los cambios y se adapta a ellos en la medida de sus posibilidades.

Bibliografía

  • El Sol y los ciclos de actividad solar, Ángel Alberto González Coroas, UNIVERSO, nº 41, septiembre de 1998, págs. 36-46.
  • ¿Es el Sol una estrella variable?, Víctor Rodríguez, Tribuna de Astronomía, nº 40, marzo de 1989, págs. 24-27.
  • La actividad solar y su historia, Ángel Alberto González Coroas, Tribuna de Astronomía, nº 131, octubre de 1996, págs. 14-19.
  • ¿Existió realmente el mínimo de Maunder?, Ángel Alberto González Coroas, ASTRONOMÍA, nº 10, abril de 2000, págs. 32-41.
  • Una estrella llamada Sol, George Gamow, RBA, (Barcelona, 1993).


1E. W. Maunder no fue, parece ser, el primero en publicar la relación de manchas solares en ese periodo de 1645-1715. En efecto, Friedrich Wilhelm Gustav Spörer (1822-1895), astrónomo alemán, escribió un artículo en 1887 donde especificaba claramente que sus averiguaciones mostraban la existencia de un mínimo de actividad solar durante esos setenta años. Pero como Maunder resumió los resultados hallados por él mismo y por Spörer a la Royal Astronomical Society, en su artículo de 1893, todos los méritos le fueron concedidos a Maunder. Incluso casi un siglo antes, en 1792, Joseph Lalande (1732-1807) astrónomo francés de gran reputación, había mencionado ya la inexistencia de manchas solares entre 1645 y 1720, pero no tuvo su observación gran trascendencia en el mundo astronómico y fue casi olvidada por completo.

2Para más información sobre el estudio de John A. Eddy, véase “¿Existió realmente el Mínimo de Maunder”, Angel Alberto González Coroas, ASTRONOMÍA, nº 10, págs. 32-41, abril de 2000.

3También hay otro tipo de rayos cósmicos, los llamados rayos cósmicos galácticos, que tienen su origen en las profundidades de nuestra Galaxia, como consecuencia por ejemplo de la explosión de supernovas. Los rayos cósmicos de mayor energía provienen de fuentes externas a la Vía Láctea.

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