La Fuente de la Energía Solar.

Durante muchos años científicos y filósofos se preguntaron por qué arde el sol.  Algunos creyeron que era como una vela, otros supusieron que la fuente de calor es por la quema de leña; sin embargo, los cálculos mostraban que si así fuera el sol se habría apagado hace mucho tiempo.  Con el desarrollo de la teoría de la gravitación universal de Newton fue posible calcular la masa solar, al analizar el resultado se concluyó que el sol se habría apagado hace tiempo y por lo tanto su fuente de energía no es la leña, ni ninguna fuente convencional de las que conocía el hombre. 

Algunas pistas fueron obtenidas con las líneas de emisión del sol.  El alemán Joseph von Frankhofer inventó un espectroscopio y observó con él la luz solar, obtuvo varias líneas de varios colores, las líneas de Frankhofer, que al analizarse se observó que muchas líneas coincidían con las líneas de emisión de algunos elementos conocidos y desconocidos.  Se observó que la mayor parte de la masa solar era hidrógeno, y se observaron elementos nuevos como el helio.  Aún así, no daban con la fuente de la energía solar.

Lord Kelvin (el personaje en honor a quien se inventaron los grados Kelvin) propuso que el sol era un cuerpo líquido que estaba radiando una fuente interna de calor y que se estaba enfriando gradualmente.  El ilustre Hermann von Helmholtz (un científico alemán que hizo grandes contribuciones a varios campos, entre ellas a la termodinámica) propuso junto a Lord Kelvin la teoría de la contracción gravitatoria, o mecanismo de Kelvin-Helmholtz, para explicar el funcionamiento del sol.  La teoría decía que tan pronto un cuerpo celeste comienza a enfriarse, disminuye la presión y se encoje; la compresión causa que el centro de la estrella o planeta se caliente.  Éste mecanismo es válido para planetas gigantes como Júpiter o Saturno, y para estrella muy pequeñas como las enanas cafés.  Sin embargo, pronto Sir Arthur Eddington calculó que la masa solar no era suficiente para brillar por miles de millones de años, sino por tan sólo 18 millones de años.

El enigma comenzó a elucidarse cuando Max Planck inventó la física cuántica, una de las implicaciones es que la energía solar viene en paquetes discrecionales de energía, como en realidad sucede, y no en forma continua.  Poco después Becquerel descubrió la radioactividad y Pierre y Marie Curie ampliaron el concepto, y el 1905 Albert Einstein formuló su teoría de la relatividad, con la implicación de que masa y energía son equivalentes.  Su fórmula E = mc² mostraba que la masa puede dar cantidades enormes de energía.  Un año antes de Einstein Ernst Rutherford propuso que la energía solar era debida al decaimiento radioactivo.

En 1920 Arthur Eddington sugirió que la energía solar era producida por la fusión de los átomos de hidrógeno para producir helio.  Su argumento se basaba en que las altas temperaturas eran suficientes para vencer las fuerzas de repulsión de los núcleos en estado de plasma, la temperatura del núcleo del sol es de unos 15 millones de grados centígrados, lo que vence la repulsión de cargas de los protones en reacción, para producir helio.  En 1925 Cecilia Payne confirmó la abundancia del hidrógeno en el sol. 

Finalmente, en la década de los 30 el indio Subrahmanyan Chandrasekhar y el alemán Hans Bethe dilucidaron el enigma.  Correctamente propusieron que la energía solar es producto de la fusión nuclear, y dilucidaron el mecanismo de éste proceso.  El hidrógeno se funde y los productos son helio (principalmente), así como oxígeno, carbono y nitrógeno, otros elementos más pesados son producidos.  Durante la fusión se liberan fotones y grandes cantidades de energía, la cual nos llega a nosotros en forma de calor.  Años después Margaret Burbidge amplió el concepto de nucleosíntesis.

El sol tiene diferentes capas, la central es el núcleo, en donde se produce la fusión nuclear.  La gravedad hace que la materia tienda a caer al centro, al juntarse la materia se eleva la presión y la temperatura, lo que provee la energía suficiente para vencer la repulsión de cargas.  La misma presión del material y la generación de energía evitan que la estrella colapse por gravedad, es decir, la gravedad y la presión hidrostática están en equilibrio.  Alrededor del núcleo está la zona radiaoactiva, de donde se difunde por radiación la energía generada en el núcleo, más afuera está la zona conectiva.  El gas en el centro está más caliente que el de las capas alrededor de él, por lo que se generan corrientes convectivas de gas, en la zona convectiva el calor se transmite por conducción.  Más afuera está la fotósfera, en donde se origina la luz que vemos.  En las capas externas están la cromósfera y la corona solar.  El calor y la luz producidas durante la fusión nuclear nos llegan por el mecanismo de radiación, no nos puede llegar por conducción o por convección porque no hay medios que los sustenten en el espacio entre la tierra y el sol.