15.E: El Sol- Una Estrella de Jardín-Variedad (Ejercicios)

Para una mayor exploración

Artículos

Berman, B. “Cómo las tormentas solares podrían cerrar la Tierra”. Astronomía (Septiembre 2013): 22. Revisión actualizada de cómo los eventos en el Sol pueden dañar nuestra civilización.

Frank, A. “Soplando en el Viento Solar”. Astronomía (octubre de 1998): 60. Sobre los resultados de la nave espacial SOHO.

Holman, G. “Los misteriosos orígenes de las llamaradas solares”. Scientific American (Abril 2006): 38. Nuevas ideas que involucran reconexión magnética y nuevas observaciones de bengalas.

James, C. “Pronóstico Solar: Tormenta Adelante”. Sky & Telescope (Julio 2007): 24. Buena reseña sobre los efectos de los arrebatos del Sol y en la Tierra y cómo monitoreamos el “clima espacial”.

Schaefer, B. “Manchas solares que cambiaron el mundo”. Sky & Telescope (abril de 1997): 34. Eventos históricos relacionados con manchas solares y actividad solar.

Schrijver, C. y Título, A. “La ciencia actual del sol”. Sky & Telescope (febrero de 2001): 34; (marzo de 2001): 34. Excelentes reseñas de resultados recientes sobre la atmósfera solar.

Wadhwa, M. “Orden del Caos: Génesis Muestrea el Viento Solar”. Astronomía (Octubre 2013): 54. En un satélite que devolvió muestras del viento del Sol.

Sitios web

Sitio “Tormentas Solares” del Dr. Sten Odenwald: http://www.solarstorms.org/.

Observatorio Solar y Heliosférico de la ESA/NASA: http://sohowww.nascom.nasa.gov. Una misión satélite con un rico sitio web para explorar.

Observatorio de Altitud Introducción al Sol: www.hao.ucar.edu/educación/basic.php. Para principiantes.

Misiones Solares de la NASA: https://www.nasa.gov/mission_pages/s...ons/index.html. Buen resumen de los muchos satélites y misiones que tiene la NASA.

NOAA Perfil de Clima Espacial: www.swpc.noaa.gov/sites/defau... r_2010_new.pdf. Una cartilla.

NOAA Centro de Predicción del Clima Espacial Páginas de Información: www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-outreach. Incluye cartillas, videos, un plan de estudios y módulos de capacitación.

Nova Sun Lab: http://www.pbs.org/wgbh/nova/labs/lab/sun/. Videos, perfiles científicos, un reto de investigación relacionado con el Sol activo del programa científico de PBS.

Clima Espacial: Tormentas en el Sol: www.swpc.noaa.gov/sites/defau... wx_booklet.pdf. Un folleto ilustrado de la NOAA.

Centro Solar Stanford: http://solar-center.stanford.edu/. Un excelente sitio con información para estudiantes y profesores.

Aplicaciones

Estos pueden decirle a usted y a sus alumnos más sobre lo que sucede en el Sol en tiempo real.

Sol 3-D de la NASA: http://3dsun.org/.

Tiempo Espacial de la NASA: itunes.apple.com/us/app/nasa... 422621403? mt=8.

Solaris Alpha: play.google.com/tienda/apps/d... y.solarisalpha.

Monitor Solar Pro: www.solarmonitor.eu/.

Videos

Journey into the Sun: https://www.youtube.com/watch?v=fqKFQ7z0Nuk. 2010 Programa KQED Quest TV principalmente sobre la nave espacial del Observatorio de Dinámica Solar, su lanzamiento y capacidades, pero con buena información general sobre cómo funciona el Sol (12:24).

NASA | SDO: Tres años en tres minutos—Con comentario de expertos: https://www.youtube.com/watch?v=QaCG0wAjJSY&src. Video de 3 años de observaciones del Sol por el Observatorio de Dinámica Solar convertidas en una película acelerada, con comentario del físico solar Alex Young (5:03).

Nuestro Sol Explosivo: http://www.youtube.com/watch?v=kI6YGSIJqrE. Video de una conferencia pública de 2011 en la Serie de Conferencias de Astronomía de Silicon Valley del Dr. Thomas Berger sobre la actividad solar y las recientes misiones satelitales para observarla y entenderla (1:20:22).

Ahí afuera lloviendo fuego: www.nytimes.com/video/science... html? emc=eta1. Agradable visión general e introducción al Sol por el reportero científico Dennis Overbye del NY Times (2:28)

Impactos del clima espacial: www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-y-alcance. Video de la NOAA (2:47); https://www.youtube.com/playlist?lis...bIUzBO6JI0Pvx0. Videos del Servicio Meteorológico Nacional (cuatro videos cortos) (14:41).

Clima espacial: Tormentas en el Sol: http://www.youtube.com/watch?v=vWsmp4o-qVg. Boletín de ciencia del Museo Americano de Historia Natural, dando los antecedentes de lo que sucede en el Sol para provocar el clima espacial (6:10).

Tormentas Solares: www.livcience.com/11754-sun... nic-world.html. De la compañía Noche Estrellada sobre tormentas del Sol ahora y en el pasado (4:49).

Grupo de manchas solares AR 2339 Cruza el Sol: http://apod.nasa.gov/apod/ap150629.html. Video corto (con música) anima imágenes del Observatorio de Dinámica Solar de un grupo especialmente grande de manchas solares atravesando la cara del Sol (1:15).

Lo que sucede en el sol No se queda en el sol: https://www.youtube.com/watch?v=bg_gD2-ujCk. De la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica: introducción al Sol, el clima espacial, sus efectos, y cómo lo monitoreamos (4:56).

Actividades de Grupo Colaborativo

1. Haga que su grupo haga una lista de todas las formas en que el Sol afecta personalmente su vida en la Tierra. (Considere los efectos cotidianos así como los efectos inusuales debido a la alta actividad solar).
2. Mucho antes de que se entendiera completamente la naturaleza del Sol, el astrónomo (y descubridor de planetas) William Herschel (1738—1822) propuso que el Sol caliente pudiera tener un interior fresco y estar habitado. Haga que su grupo discuta esta propuesta y presente argumentos modernos en contra de ella.
3. Discutimos cómo la migración de europeos a América del Norte aparentemente se vio afectada por el cambio climático a corto plazo. Si la Tierra se calentara significativamente, ya sea por cambios en el Sol o por el calentamiento del invernadero, un efecto sería un aumento en la tasa de fusión de los casquetes polares. ¿Cómo afectaría esto a la civilización moderna?
4. Supongamos que experimentamos otro Mínimo Maunder en la Tierra, y va acompañado de una caída en la temperatura promedio como la Pequeña Edad de Hielo en Europa. Haga que su grupo discuta cómo afectaría esto a la civilización y a la política internacional. Haz una lista de los efectos más graves que se te ocurran.
5. Ver las manchas solares moverse a través del disco del Sol es una forma de demostrar que nuestra estrella gira sobre su eje. ¿Su grupo puede idear otras formas de mostrar la rotación del Sol?
6. Supongamos que en el futuro, somos capaces de pronosticar el tiempo espacial así como pronosticamos el tiempo en la Tierra. Y supongamos que tenemos unos días de advertencia de que se acerca una gran tormenta solar que sobrecargará la magnetosfera de la Tierra con partículas cargadas y enviará más rayos ultravioleta y rayos X hacia nuestro planeta. ¿Su grupo discuta qué pasos podríamos tomar para proteger nuestra civilización?
7. Haga que los miembros de su grupo investiguen en línea para averiguar qué satélites hay en el espacio para ayudar a los astrónomos a estudiar el Sol. Además de buscar satélites de la NASA, también podrías verificar si hay satélites lanzados por la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Japonesa.
8. Algunos científicos e ingenieros están pensando en construir una “vela solar”, algo que pueda usar el viento o la energía del Sol para impulsar una nave espacial lejos del Sol. La Sociedad Planetaria es una organización sin fines de lucro que está tratando de lanzar velas solares, por ejemplo. Haga que su grupo haga un informe sobre el estado actual de los proyectos de vela solar y lo que la gente sueña para el futuro.

Preguntas de revisión

1. Describir las principales diferencias entre la composición de la Tierra y la del Sol.
2. Describir cómo la energía se abre paso desde el núcleo nuclear del Sol hasta la atmósfera. Incluya el nombre de cada capa y cómo la energía se mueve a través de la capa.
3. Haz un boceto de la atmósfera del Sol mostrando las ubicaciones de la fotosfera, la cromosfera y la corona. ¿Cuál es la temperatura aproximada de cada una de estas regiones?
4. ¿Por qué las manchas solares se ven oscuras?
5. ¿Qué aspectos del ciclo de actividad del Sol tienen un periodo de aproximadamente 11 años? ¿Cuáles varían en intervalos de aproximadamente 22 años?
6. Resumir la evidencia que indica que a lo largo de varios cientos de años o más ha habido variaciones en el nivel de la actividad solar.
7. ¿Qué es el efecto Zeeman y qué nos dice del Sol?
8. Explicar cómo la teoría de la dinamo del Sol da como resultado un ciclo de actividad solar promedio de 22 años. Incluir la ubicación y el mecanismo para la dinamo.
9. Comparar y contrastar los cuatro tipos diferentes de actividad solar sobre la fotosfera.
10. ¿Cuáles son las dos fuentes de partículas provenientes del Sol que causan el clima espacial? ¿En qué se diferencian?
11. ¿Cómo afecta la actividad en el Sol a la tecnología humana en la Tierra y en el resto del sistema solar?
12. ¿Cómo afecta la actividad en el Sol a los fenómenos naturales en la Tierra?

Preguntas de Pensamiento

1. El cuadro\(15.1.1\) indica que la densidad del Sol es de 1.41 g/cm ³. Dado que otros materiales, como el hielo, tienen densidades similares, ¿cómo sabes que el Sol no está hecho de hielo?
2. Partiendo del núcleo del Sol y yendo hacia afuera, la temperatura disminuye. Sin embargo, por encima de la fotosfera, la temperatura aumenta. ¿Cómo puede ser esto?
3. Dado que el período de rotación del Sol puede determinarse observando los movimientos aparentes de las manchas solares, se debe hacer una corrección para el movimiento orbital de la Tierra. Explique qué es la corrección y cómo surge. Hacer algunos bocetos puede ayudar a responder esta pregunta.
4. Supongamos que se forma una mancha solar alargada (extremadamente hipotética) que se extiende desde una latitud de 30° a una latitud de 40° a lo largo de un fijo de longitud en el Sol. ¿Cómo cambiará la apariencia de esa mancha solar a medida que el Sol gira? (La figura\(15.2.5\) debería ayudarte a resolver esto).
5. El texto explica que las plages se encuentran cerca de las manchas solares, pero la Figura\(15.2.6\) muestra que aparecen incluso en zonas sin manchas solares. ¿Cuál podría ser la explicación de esto?
6. ¿Por qué se observaría una llamarada en luz visible, cuando son mucho más brillantes en rayos X y luz ultravioleta?
7. ¿Cómo pueden las prominencias, que son tan grandes y 'flotan' en la corona, permanecer unidas gravitacionalmente al Sol mientras las bengalas pueden escapar?
8. Si te preocupaba el clima espacial y quisieras evitarlo, ¿dónde sería el lugar más seguro de la Tierra para que vivas?
9. Supongamos que vive en el norte de Canadá y se reporta una llamarada extremadamente fuerte en el Sol. ¿Qué precauciones podrías tomar? ¿Cuál podría ser un resultado positivo?

Calcular por ti mismo

1. El borde del Sol no tiene que ser absolutamente agudo para poder vernos así. Solo tiene que pasar de ser transparente a ser completamente opaco en una distancia que es más pequeña de lo que tu ojo puede resolver. Recuerda de Astronomical Instruments que la capacidad de resolver los detalles depende del tamaño de la apertura del telescopio. La pupila de tu ojo es muy pequeña en relación con el tamaño de un telescopio y por lo tanto es muy limitada en la cantidad de detalles que puedes ver. De hecho, tu ojo no puede ver detalles que sean menores a 1/30 del diámetro del Sol (aproximadamente 1 minuto de arco). Casi toda la luz del Sol emerge de una capa que sólo tiene unos 400 km de espesor. ¿Qué fracción es esta del diámetro del Sol? ¿Cómo se compara esto con la capacidad del ojo humano para resolver detalles? Supongamos que podríamos ver la luz emergiendo directamente de una capa que tenía 300,000 km de espesor. ¿Parecería que el Sol tiene un borde afilado?
2. Demostrar que la afirmación de que 92% de los átomos del Sol son hidrógeno es consistente con la afirmación de que 73% de la masa del Sol está compuesta por hidrógeno, como se encuentra en la Tabla\(15.1.2\). (Pista: Hacer la suposición simplificadora, que es casi correcta, de que el Sol está compuesto enteramente de hidrógeno y helio.)
3. A partir de los desplazamientos Doppler de las líneas espectrales en la luz provenientes de los bordes este y oeste del Sol, los astrónomos encuentran que las velocidades radiales de los dos bordes difieren en aproximadamente 4 km/s, lo que significa que la velocidad de rotación del Sol es de 2 km/s Encuentra el período aproximado de rotación del Sol en días. La circunferencia de una esfera viene dada por 2π R, donde R es el radio de la esfera.
4. Asumiendo un ciclo promedio de manchas solares de 11 años, ¿cuántas revoluciones hace el ecuador del Sol durante ese ciclo? ¿Las latitudes más altas hacen más o menos revoluciones en comparación con el ecuador?
5. Este capítulo da el ciclo promedio de manchas solares como 11 años. Verifica esto usando la Figura\(15.4.3\).
6. La velocidad de escape de cualquier objeto astronómico se puede calcular como\(v_{\text{escape}} = \sqrt{2GM/R}\). Utilizando los datos del Apéndice E, se calcula la velocidad de escape de la fotosfera del Sol. Dado que las eyecciones de masa coronal escapan de la corona, ¿la velocidad de escape de allí sería más o menor que de la fotosfera?
7. Supongamos que observa una llamarada solar importante mientras los astronautas están orbitando la Tierra. Usa los datos del texto para calcular cuánto tiempo tardará antes de que las partículas cargadas expulsadas del Sol durante la llamarada las alcancen.
8. Supongamos que una prominencia eruptiva se eleva a una velocidad de 150 km/s Si no cambia de velocidad, ¿a qué distancia de la fotosfera se extenderá después de 3 horas? ¿Cómo se compara esta distancia con el diámetro de la Tierra?
9. A partir de la información de la Figura\(15.3.4\), estime la velocidad con la que las partículas en el CME en las partes (c) y (d) se alejan del Sol.