Los Hijos del Sol

Tengo un tío que tiene rancho y le gustan las cosas del campo, y siempre decía que todo lo que comemos y vestimos viene del campo, ése lema era el mismo de la carrera que estudió su hijo, agronomía, como lo hacía estando tomado y para echar relajo las discusiones con mi padrino don Nemo eran memorables y divertidas, pero mi tío estaba equivocado, en realidad todo lo que comemos y vestimos viene del Sol.

El sol es la única estrella de nuestro sistema solar, es el centro del sistema y el mayor cuerpo celeste tanto en tamaño como en masa.  El sol es clasificada como una enana amarilla y es una estrella de secuencia principal del tipo G2V, en su centro se produce una poderosa y vasta reacción de fusión nuclear entre los átomos de hidrógeno para producir principalmente helio, otros productos son diversas partículas, algunos otros elementos, fotones y radiación térmica, la temperatura del núcleo es de unos 15 millones de grados centígrados, temperatura necesaria para vencer las fuerzas de repulsión de los átomos de hidrógeno en estado de plasma.  La temperatura de la superficie del sol es de unos 5,000 grados centígrados, por lo que produce fotones de varias longitudes de onda, lo cual hace que nosotros veamos su luz color blanca.  Se calcula que el sol ha estado radiando energía durante unos 5,000 millones de años y se espera que sea una estrella de secuencia principal por otros 5,000 millones de años, por lo que se cree que está a la mitad de su vida.

Cuando surgió el sistema solar de una nébula la mayor parte de la materia se condensó en el sol y el resto formó los planetas, cometas y asteroides, afortunadamente no se creó otra estrella o el sistema solar sería muy diferente, la tierra tendría que estar más lejos o habría sido destruída por la gravedad de las estrellas o habría sido lanzada fuera del sistema.  Es una suerte que sólo haya una estrella en el sistema solar y que la tierra se haya formado a unos 150 millones de kilómetros (una unidad astronómica) distancia ideal para que exista agua líquida en el planeta y exista la vida como la conocemos.

El sistema solar.

El sol es la razón de por qué estamos aquí, todo lo que comemos, vestimos y la energía que usamos tiene su origen en el sol, a través de la energía que surge en él y que llega a la tierra a través del vacío.  La energía solar provoca la evaporación del agua y eso hace que existan las nubes y que la lluvia sea posible, ya que el agua de las nubes se condensa y cae en forma de gotas.  El calor solar calienta el aire y lo hace subir, después se enfría y baja, eso hace que el viento sople y que existan tormentas.  Es el calor que llega del sol el responsable del clima, un ejemplo son los huracanes tropicales, que se alimentan del calor latente almacenado en los cálidos mares tropicales.

Las antiguas civilizaciones, sobre todo las basadas en la agricultura, tenían al sol como deidad principal y lo creían generador de vida, y la verdad es que no andaban tan errados.  Cuando los fotones llegan a la tierra impactan las hojas de las plantas, las cuales tienen un compuesto (en realidad varios diferentes) llamado clorofila, que tiene muchos enlaces dobles los cuales capturan la energía solar, liberando un electrón (en una reacción del tipo redox) e iniciando una serie de complejas reacciones conocidas como fotosíntesis, durante éste proceso las hojas respiran dióxido de carbono atmosférico y fijan el carbono en sus paredes y tejidos (el término químico es “secuestrar” carbono).  Durante el proceso el CO₂ reacciona con agua y la reacción global es la formación de azúcares y la liberación de oxígeno gaseoso, los azúcares son luego usados para la formación de celulosa, que compone la madera, y algunos azúcares son ingeridos por los animales y el oxígeno es el gas que respiran los animales; gracias a la fotosíntesis promovida por el sol hay oxígeno gaseoso en la atmósfera, ya que antes no había oxígeno libre.  El rol de la clorofila en la fotosíntesis, y su fórmula, fueron elucidados por un químico alemán, Hans Fischer, quien fue estudiante de Emil Fischer, un químico alemán notable por su excepcional trabajo con azúcares, ambos fueron galardonados separadamente con el premio Nóbel de química.

Clorofila b, la forma de clorofila más usual en plantas.

El azúcar de las plantas es usado por los animales para obtener energía, que en realidad es energía solar, la celulosa de las plantas tiene muchas aplicaciones, es la fibra que ingerimos y es la madera que usamos para nuestros muebles.  Al morir las bacterias degradan el tejido animal y la madera vieja, que descomponen en nutrientes que son ingeridos por las plantas.  Algunos animales y algunas bacterias quedan atrapadas en lugares sin oxígeno y sin luz, como el fondo de los mares, donde son descompuestos a alta temperatura y presión, con el paso del tiempo forman lo que llamamos petróleo y carbón, que usamos como energía.  Éstas fuentes de energía fósil son usadas como combustible o como materia prima para la elaboración de gasolinas, plásticos, medicinas, etc, así que cada vez que quemamos gasolina en realidad quemamos la energía solar almacenada durante millones de años; los plásticos que usamos en la vida diaria son en realidad energía solar.

Una de las formas para obtener energía en uso es la energía solar, que consiste en poner paneles para captar energía, la ventaja es que es limpia y es una alternativa a la energía fósil.  La energía fósil, la energía hidráulica y la energía eólica son formas de energía solar transformada, ya que la primera se genera con organismos que se alimentaron con la fotosíntesis o de plantas fotosintéticas; la segunda depende del sol ya que es el astro rey quien genera la lluvia y provoca el movimiento de ríos; la última de ellas capta energía a través del viento, que es aire movido por el calor solar y las diferencias de densidad causadas por éste.  La energía geotérmica depende indirectamente del sol.

Las plantas y animales, y también los humanos, necesitan una temperatura constante que no sea ni muy fría ni muy caliente, la radiación solar se encarga de mantener caliente al planeta, si hiciera mucho frío como en nuestro vecino Marte se congelaría el planeta y moriría la vida al no haber la temperatura suficiente para las reacciones bio-químicas.  Si el planeta fuera muy caliente como sucede en Venus y en Mercurio, habría muchos desiertos y la vida moriría, también habría el peligro de que la materia orgánica se descompusiera por el calor.  Gracias a que el sol calienta nuestro planeta, pero no mucho, existe agua líquida, que permite que la vida exista como la conocemos.  Más aún, los humanos necesitamos la energía solar, ya que la piel produce la vitamina D cuando los rayos ultravioleta la tocan, una deficiencia de ésta vitamina produce la enfermedad llamda raquitismo, que es una deformación de los huesos y un reblandecimiento de ellos.

Los rayos generados por las tormentas hacen que el nitrógeno gaseoso, N₂ se descomponga en nitrógeno, lo que permite que lo aprovechen las plantas y que los animales puedan fabricar aminoácidos y proteínas; el enlace tripe entre cada nitrógeno es muy estable y es de los más difíciles de romper en la naturaleza, por lo que se necesita la fuerza de un rayo eléctrico, que se forman durante las tormentas, que como se mencionó antes tienen en el calor solar su origen.  Algunas bacterias tienen una enzima llamada nitrogenasa que permite “secuestrar” el nitrógeno atmosférico, ésas bacterias son fotosintéticas.

Se cree que la vida en la tierra se originó hace miles de millones años, cuando los gases atmosféricos en ausencia de oxígeno reaccionaron para dar origen a aminoácidos en presencia de una chispa eléctrica, como la de los rayos, éstos aminoácidos formaron proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN), por lo que se empezaron a formar bacterias y se inició la vida en la tierra.  Los rayos provinieron de tormentas y de electricidad estática entre las nubes, formadas por la radiación solar al evaporar el agua, el aire calentado por el sol se encargó de mover las nubes.  Los experimentos de Carl Sagan muestran que también la radiación solar puede formar los aminoácidos.

Cada 11 años se llega al ciclo del máximo solar, en el que aumenta la actividad de nuestro sol, se forman manchas solares y surgen tremendas tormentas, con liberación de partículas cargadas hacia la tierra.  Durante el máximo solar se ve alterado el clima de la tierra y se interrumpen las comunicaciones electrónicas por las partículas que impactan la atmósfera terrestre.  Hay que recordar que la tierra está tan sólo a 150 millones de kilómetros de distancia y estamos enclavados en la atmósfera solar, que se extiende hasta un año luz del sol, la distancia del sol a la tierra es de tan sólo poco más de 8 minutos luz.

La vida en la tierra y el planeta mismo seguirán mientras el sol exista.  Poco a poco la única estrella del sistema solar ha ido aumentando su luminosidad y la radiación emitida, hace varios millones de años la radiación solar era menor, hasta de un 70%.  Se calcula que el sol ha hecho reaccionar la mitad del hidrógeno de su núcleo (el resto de sus átomos es helio principalmente), por lo que se ha reducido la cantidad de energía por fusión nuclear y también la presión del núcleo, lo que hace que se contraiga, lo que tiene como efecto que aumenten la densidad y la temperatura del núcleo (hasta que se logra un nuevo equilibrio), el aumento de la temperatura hace que el hidrógeno remanente se fusione a una tasa más veloz, lo que genera la energía necesaria para mantener el equilibrio.  El efecto total es que aumente la luminosidad, la radiación y la energía generadas por el sol. 

En la tierra aumentará la temperatura, por lo que habrá más evaporación de agua, lo que traerá como efecto que aumente la presión atmosférica, por ejemplo, en lugar de ser 760 mmHg será de 800 mmHg, por decir.  Al aumentar la temperatura aumentará la densidad y el volumen de los océanos, es decir, el agua inundará las costas.  Los océanos no se evaporarán a los 100°C, sino a una temperatura mayor.  Conforme aumente la temperatura algunos organismos se extinguirán y otros evolucionarán, el problema será al llegar a los 70°C, que es la temperatura a la que se desnaturaliza el ADN (se rompen las cadenas de la escalera), lo que traerá consecuencias devastadoras para la vida basada en el ADN, como el cambio de temperatura será muy gradual, por lo que es probable que le dé tiempo de adaptarse.  Al seguir aumentando la temperatura llegará un punto en el que se evaporará toda el agua del planeta y la vida basada en agua se extinguirá, si no es que antes por el calor.

Otro efecto del calor es que aumentará la cantidad de gases liberados a la atmósfera por lo que disminuirá la concentración de CO₂ por debajo del mínimo necesario para algunas clases de fotosíntesis.  Uno de los efectos será que al aumentar la luminosidad aumentará la radiación que alcanza la atmósfera y por lo tanto de disociarán algunos gases:  CO₂ en C y O₂, H₂O en H₂ y O₂, etc., parte del hidrógeno se escaparía al espacio.

El final llegará en 5,000 millones de años cuando el sol empiece a quemar hidrógeno de las capas alrededor al núcleo, se irá hinchando hasta alcanzar la fase de gigante roja, el radio solar será mucho mayor, la temperatura del sol será menor y de ser de color blanco pasará a ser color rojo, Mercurio y Venus serán engullidos y la tierra quedará muy cerca del sol, la temperatura del planeta será altísima, por el cambio en las órbitas la luna se acercará a la tierra y pasado el límite de Roche (18,470 km, la distancia actual de la luna es de unos 380,000 km), nuestro satélite será rasgado y destruido en pedazos por la gravedad, quedando anillos como los de Saturno alrededor de la tierra.  Lo que pasará con la tierra no es claro aún, no se sabe si será engullida por el sol, si quedará en una órbita muy cercana al sol o si por el desequilibrio y la inestabilidad será expulsada del sistema solar.  El sol empezará a quemar helio y se encogerá, después de un tiempo se hinchará nuevamente y será una gigante roja otra vez, al terminar ésta fase expulsará una enorme cantidad de materia para formar una nebulosa planetaria, también llamada nova, la cual contendrá helio y carbono, que será el material para la formación de nuevas estrellas, nuevos planetas y nuevas galaxias, de la misma manera que todo el material de nuestro planeta, nuestro sol y nuestra galaxia es materia reciclada de estrellas que vivieron y murieron hace mucho tiempo.

El Sol como gigante roja.

Dibujo de cómo se vería el sol desde la tierra.

El sol se convertirá en una enana blanca de carbono y oxígeno, muy luminosa, pero muy fría para fundir esos elementos, gradualmente se irá enfriando y todo el sistema solar será un lugar frío e inhospitalario carente de vida, finalmente el sol se apagará y sólo quedará el remanente en forma de una bola de roca cristalina fría y sin luz llamada enana negra (ojo, no confundir con agujero negro) o como dice también, “estrella felizmente jubilada”.  Sin embargo, el material emitido en la nova será la materia prima de una nueva generación de planetas, nuevas rocas, estrellas, galaxias y de vida nueva, recordatorio de que en el universo todo tiene un principio y un final y que todo en nuestro universo se recicla.

 

El sol como es ahora y como sería como una enana blanca.  La tierra se muestra para comparar.

La Nebulosa del anillo en la constelación de Lira.  El sol produciría una nebulosa similar.