El Sol y las Auroras

Durante la realización de esta tarea/proyecto los alumnos/as realizarán una primera aproximación a la

 

interacción y conexión entre el Sol y la Tierra. Para ello se utilizará el análisis de la correlación del número de manchas solares y la actividad geomagnética terrestre, esta última obtenida a través de un seguimiento de las auroras boreales desde, por ejemplo, Tromso. Esta ciudad está localizada en el norte de Noruega, a una latitud de 63 grados, justo en el centro del anillo de la aurora nocturna, por lo que es un lugar ideal para este tipo de observación.  

ÁLBUM de Fotos de los talleres desarrollados durante el curso 2012-13 en el observatorio del Roque de Los Muchachos.

Utilizarán, entre otros, la siguiente página web que contiene información sobre campo geomagnético terrestre e historial de este, con el fin de realizar predicción de auroras y que incluye enlaces a webcams que visualizan el cielo de Tromso

Los alumnos dispondrán de un prismático 11x80 y un pequeño telescopio solar para realizar sistemáticamente (por ejemplo un par de veces por semana) un seguimiento de la actividad magnética solar observando la evolución de las manchas solares. El análisis del número e intensidad de manchas solares y las auroras observadas en el norte de Noruega servirá al final del estudio para correlacionar datos. Además, este seguimiento de las manchas solares tiene como objetivo descubrir de una forma divertida la velocidad de rotación del sol sobre su eje y descubrir la propia dinámica de la manchas (aparecen, pueden crecer, agruparse, desaparecer finalmente…). La recogida de datos por parte de los alumnos es por tanto un proceso simple y atractivo. Se suministrarán algunos enlaces en Internet donde se muestra la actividad solar diaria para la comparación de los datos tomados y los observados desde satélites. Utilizarán el satélite SOHO dela NASA  

Parte de los contenidos serán impartidos en una charla por astrofísicos del observatorio de El Roque de los Muchachos y en una de las actividades que se realizarán durante la ejecución de la Tarea es la visitá el Gtc.

La correlación de las observaciones de ambos grupos dará interesante posibilidades. Por ejemplo, se podrán hacer predicciones de noches donde el fenómeno de las auroras boreales será importante.  Se podrá predecir cuándo será en base a las observaciones de las manchas solares y al cálculo del periodo de rotación. Podrán comprobar en los mapas de actividad geomagnética la correlación de esta con el número de manchas. Los resultados finales obtenidos serán analizados usando correo electrónico, redes sociales… y añadidos al informe final que será presentado a un panel formado por alumnos de otros cursos, profesores y astrofísicos del Observatorio del Roque de Los Muchachos.

Parte importante del trabajo es la búsqueda en Internet y/o libros de información relacionada con los experimentos, esto es, sobre el ciclo solar, la actividad magnética solar… Esta búsqueda de información es también una parte importante de la tarea, ya que ayudará a desarrollar precisamente esta habilidad de usar distintos medios para buscar y sintetizar información. Las observaciones presentadas y la interpretación deberá venir precedida por dicha pequeña introducción sobre el tema realizado por el grupo de trabajo. La idea es que el informe final tenga una aproximación a un informe científico estándar: resumen, introducción, recogida y análisis de datos, interpretación y conclusiones, así como una sección final sobre bibliografía utilizada.

Finalmente, también se intentará enriquecer el proyecto añadiendo matices culturales. Para ello los alumnos investigarán en libros y en la red que pensaban del Sol nuestros antepasados los guanches. Igualmente se realizarán una búsqueda sobre tradiciones y explicaciones culturales sobre el fenómeno de la aurora, especialmente en los pueblos lapones.

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Actividad Solar

Antes de empezar la actividad tenemos que tener en cuenta que:

1.  NUNCA debes mirar al Sol directamente ni reflejado sobre la superficie de cualquier material. Hay peligro de perder la vista.

2.  No debes utilizar filtros no apropiados o de baja calidad. Especialmente son dañinos:

a)       Cristales ahumados. No absorben las radiaciones

b)       Radiografías. Tampoco absorben las radiaciones.

c)       Disquetes, CDs, envoltorios aluminizados.  No absorben las radiaciones.

d)       Filtros en el ocular de un telescopio (pueden explotar por el calor concentrado). 

Ten cuidado porque muchos fabricantes de telescopios los venden.

Observar el Sol por proyección de forma indirecta.

1. Un visor para el sol o un proyector 

Un visor para el sol o un proyector se puede hacer fácilmente y  es la manera más fácil y segura de ver el sol a casi ningún costo, sólo por el precio del papel. 

Busca un pedazo de papel cartón. Corta un cuadro de 5 cm en el centro.

Cubre el agujero cuadrado con una pieza de hoja de aluminio. Haz un pequeño agujero en el centro de esta cubierta de aluminio (puedes usar la punta afilada de un lápiz).

Encuentra una buena ubicación para ver el sol. Debes buscar una superficie plana y clara, lo mejor es el cemento. Si no puedes encontrar un lugar como éste, puedes comprar otro pedazo de papel cartón y ponerlo en el suelo o puedes sostenerlo.

Párate dándole la espalda al sol y levanta el pedazo de cartón a unos pies del suelo. Asegúrate de que esté arriba de tu hombro o a un lado, pero que tu cabeza no cubra el agujero. Debe sostenerse en dirección al sol.

Verás un círculo perfecto en el suelo o en la otra pieza de cartón.

2. También podemos hacerlo de la siguiente forma:

Esta es, sin duda, la forma más segura de observar el Sol. Se hace un agujero con un alfiler en una hoja y se coloca otra debajo. El Sol y las hojas tienen que estar situados en la misma línea, tal y como se muestra en la figura.

Con instrumentos: 

Si se usan prismáticos o telescopios para proyectar el Sol, debemos vigilar constantemente nuestro instrumento para asegurarnos de que nadie observe por el ocular, ya que podría quedarse ciego. Además, se recomienda:

Dirigir el haz de salida hacia una cartulina o pared blanca situada en la sombra.

No permitir la entrada de luz durante más de un minuto seguido para evitar que se estropee el ocular.

Clasificación de las manchas solares y la actividad solar.

El número de Wolf

Hasta mediados del siglo XIX no existía un método estándar que permitiese cuantificar la actividad solar. En aquellos años (1843 y 1851) se produjo el doble anuncio de Schwabe poniendo de manifiesto el ciclo solar y, en 1848, Wolf introdujo el número que lleva su nombre. Con él no sólo pudo confirmar la existencia del ciclo sino que consiguió reconstruir ciclo anteriores. 

Aunque Wolf pensaba que el área de las manchas era un mejor indicador de la actividad, al final optó por un simple recuento, mucho más fácil de calcular durante una observación del Sol.

Por lo tanto nuestra medida de la actividad solar será un recuento de las manchas solares. Podemos ampliar y mejorar nuestros datos si las clasificamos.

A pesar de que el método tiene ciertos problemas, su sencillez ha permitido mantenerlo hasta la actualidad y, de hecho, probablemente no existe en Astronomía una serie de datos que abarque tanto tiempo con la homogeneidad del número de Wolf.

El cálculo del número de Wolf se realiza mediante la siguiente fórmula:

R = k ( 10 g + f )

donde R es el número de Wolf (también llamado "número relativo de manchas solares"), k es un factor de reducción, g el número de grupos y f el número de manchas o focos.

k sólo se utiliza a efectos estadísticos, para promediar los datos de varios observadores. Un observador, actuando individualmente, puede considerar k =1.

g es el factor que introduce una mayor imprecisión a la hora de determinar el número de Wolf. 

La razón es la ambigüedad que existe en el concepto de "grupo", principalmente cuando los grupos son muy pequeños o cuando hay varios en la misma región activa. Un buen conocimiento de la naturaleza y el comportamiento de las manchas es de gran ayuda. Es frecuente que dos o más grupos aparezcan próximos entre sí y, a veces, la única forma de distinguirlos es observar su evolución. Por eso también es recomendable mantener una continuidad en las observaciones.

El número de manchas, f , incluye tanto los poros (manchas sin penumbra) como umbras. No existe un criterio estándar pero, en general, los poros de pequeño tamaño no son incluidos en el recuento. Cuando hay varios núcleos dentro de una misma penumbra, cada uno es contabilizado como una mancha. Una mancha aislada es considerada un grupo.

Ejemplos:

- Una mancha:                              R = 10*1+1 = 11

- Un grupo con 8 manchas:          R = 10*1+8 = 18

- Un grupo con 3 manchas, un grupo con 19 manchas y una mancha con 2 umbras:   R = 10*3+24 = 54

Grupos de manchas.

Clasificación de Zurich o Waldmeier

A.- Un simple poro o grupo de poros sin configuración bipolar.

B.- Grupo de poros con una configuración bipolar.

C.- Grupo bipolar en el que una de las manchas posee penumbra.

D.- Grupo bipolar cuyas dos manchas principales poseen penumbra.  Al menos una de ellas tiene una estructura simple.  Generalmente, la longitud del grupo es < 10º

E.- Gran grupo bipolar cuyas dos manchas principales poseen penumbra y, generalmente, una estructura compleja.  Numerosas manchas más pequeñas se sitúan entre ellas.  Longitud >10º.

F.- Grupo muy complejo o bipolar de gran tamaño.  Longitud >15º.

G.- Gran grupo bipolar sin pequeñas manchas entre las principales. Longitud >10º.

H.- Mancha unipolar con penumbra.  Diámetro >2,5º

I.- Mancha unipolar con penumbra.  Diámetro < 2´5º

Esta clasificación utiliza dos criterios: el aspecto y el tamaño del grupo, y permite describir tanto su morfología como su grado evolutivo.  No obstante, debido a varios factores, la clasificación solo puede ser aproximada.  Por una parte, en las definiciones hay ciertas ambigüedades y, además, necesitaríamos medir distancias con bastante precisión.  Asimismo, existe una ambigüedad fundamental que afecta a todas nuestras observaciones del Sol y que se refiere a la noción de “grupo de manchas", especialmente cuando una misma región presenta varios grupos próximos.  Tampoco hay que olvidar que estamos intentando incluir en 9 clases diferentes una variedad casi infinita de grupos, y eso significa que cuanto más rigurosos y precisos queramos ser, tantas más excepciones nos vamos a encontrar.

Esquema de la clasificación

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Para la calificación de la “tarea” se tendrá en cuenta:

1.- El interés mostrado durante la ejecución del proyecto; como puede ser la realización de observaciones y su registro adecuado, la participación en las clases preguntando,  resolviendo dudas de otros compañeros, etc.

2.- El informe final * . Deberá adecuarse a un informe científico estándar. Este informe deberá presentarse tanto en formato electrónico (pdf, blog o similar) como en formato papel (fuente times, arial o helvética; tipo 11 para el texto, los títulos pueden ir en negrita)

3.- Presentación del proyecto.  El alumno, al finalizar la tarea, tendrá que presentar su portfolio con todos los ejercicios y actividades previas  hechas. 

Así mismo, deberán elaborar por grupos una presentación en powerpoint, vídeo, o similar para exponer ante los propios alumnos y ante un “panel” de expertos.

El mayor peso de la calificación recaerá en el informe final que cada alumno deberá entregar.

Nota importante

A veces en muchas ocasiones no se pueda correlacionar el gran número de manchas observadas con una aurora bonita o espectacular; simplemente porque vemos en las cámaras web que está nublado. En ese caso siempre el alumno/a tendrá que completar la correlación con el nivel de la actividad geomagnética. Nivel que debe ser más importante si se registran muchas manchas.

Informe final

* El informe final debe ser una aproximación a un informe científico estándar. Este informe contendrá los siguientes apartados:

1.- Resumen.

2.- Introducción.

3.- Recogida y análisis de datos.

4.- Interpretación y conclusiones.

5.- Bibliografía utilizada. (cuando se trate de páginas web citar la dirección Url de la web)

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Ficha de la tarea

Tarea. El Sol y las Auroras.

Para la realización de esta tarea deberemos realizar una serie de actividades que una vez analizadas nos permitirán hacer una predicción de la actividad de las auroras mediante un registro de la actividad solar, de las manchas solares.

Llevaremos un seguimiento diario de la superficie solar que consistirá:

1º  tomar una (como mínimo) fotografía del sol y determinar el número de manchas solares y de grupos.

En lugar de tomar una fotografía podremos hacer un dibujo de la superficie solar para lo cual trazaremos con un compás una circunferencia en una hoja dina 4 que representará el sol. En ella dibujaremos el tamaño, forma y lugar que ocupa la mancha en la superficie solar. Indicar el día y mes en el que se hace el dibujo.

En la fotografía indicaremos el mes, día y hora en la que realizamos la foto y el eje de rotación del Sol. Esta fotografía será nuestro “parte” de observación diario.  

fig. 1

El número de manchas y de grupos lo anotaremos en un parte mensual, que deberemos elaborar, en el que deberemos calcular y anotar el número de Wolf correspondiente.

2º Haremos muchas fotografías de la superficie solar mientras el Sol permanece en la pantalla o cartulina si utilizamos el método de proyección. Para tomar las fotos  usaremos, por ejemplo, un intervalómetro a intervalos de pocos segundos.  

Luego animaremos  la secuencia con un programa de video y así podremos ver cómo gira la superficie solar pudiendo determinar su periodo.

3º Obtener una imagen de la superficie del Sol con buena resolución y detalle.

Realizaremos todas las fotografías que podamos durante como máximo tres minutos. Si no disponemos de intervalómetro dispararemos a “ráfagas” varias veces. Necesitaremos hacer más de 100 fotografías que importaremos a un programa de tratamiento digital donde las procesaremos en lotes para obtener la mayor cantidad de detalles. Unas vez procesadas las importaremos al programa Registack donde haremos la alineación de todas las imágenes y obtendremos la imagen final. 

fig 2

4º Animación “stop-motion”

Dibujaremos o fotografiaremos  la evolución de una mancha durante varios días, si puede ser desde que aparece hasta que se extingue. Una vez tenidas las imágenes o los dibujos los animaremos como un stop-motion.

5º La secuencia mensual de número Wolf la representaremos en un diagrama de barras.

6º Comprobaremos la actividad solar en las webs de referencia para cruzarla con el diagrama de barras de Wolf obtenido.

7º Anotaremos la actividad de las auroras del hemisferio norte durante el mismo mes en el que observamos las manchas. Para lo cual consultaremos las webs de referencia de actividad de auroras.

8º Correlacionaremos la actividad de las auroras del mismo mes en el que hemos observado el Sol para intentar “predecir” la actividad de las auroras. Deberemos comprobar que unos días u horas después de tener un número de Wolf alto la actividad de las auroras es máxima.

 

Observaremos.

1º Método de proyección

Usaremos un Solarscope o bien utilizaremos un prismático junto con un cartón y una cartulina blanca.

2º Telescopio refractor con filtro H-alfa. Con este telescopio realizaremos la serie de fotografías para ser procesadas.

Una vez tengamos varios días o semanas registradas podremos aventurar una predicción de la actividad de las auroras. Esta predicción la iremos refinando y ajustando en colaboración con el colegio de Noruega o a través de las web dedicadas a la predicción de auroras.