1. La luz del Sol nace en el centro, donde el hidrógeno se convierte en helio
El centro del Sol, llamado núcleo, es la única región del sistema solar donde la temperatura y la densidad bastan para que ocurra fusión nuclear de forma natural. Allí la temperatura es de unos 15 millones de grados Celsius, y aunque es un gas, es unas 10 veces más denso que el plomo [4]. En esas condiciones, los átomos de hidrógeno se unen para formar helio y liberan muchísima energía [4].
La energía sale de una pequeña diferencia de masa. Un núcleo de helio-4 tiene una masa de aproximadamente el 99,3 % de la masa de los cuatro protones con los que se formó [5]. Falta cerca del 0,7 %, y esa masa que desaparece se convierte en energía. La agencia espacial europea (ESA) lo ilustra así: cada segundo, 600 millones de toneladas de hidrógeno del Sol se transforman en 596 millones de toneladas de helio, y los 4 millones de toneladas que faltan se liberan como energía [5]. La Universidad de Stanford da una cifra algo distinta, unos 5 millones de toneladas por segundo [6]; es una diferencia de redondeo entre materiales educativos, y lo importante es el orden de magnitud: millones de toneladas cada segundo.
Parte de esa energía sale en forma de luz de muy alta energía, rayos gamma [2]. Entonces, ¿por qué esa luz no sale disparada hacia afuera?
2. Dentro del Sol, la luz choca una y otra vez y no puede ir en línea recta
La razón es que el interior del Sol está muy lleno. Una partícula de luz, o fotón, solo avanza alrededor de 1 centímetro antes de chocar con un átomo; entonces cambia de dirección al azar [1]. Un camino con cambios de dirección al azar se llama camino aleatorio (en inglés, random walk). El material educativo de la NASA y la ESA también habla de rebotes en zigzag [3].
Imagina cruzar corriendo una plaza llena de gente. Cada vez que alguien se cruza en tu camino, tienes que cambiar de dirección, y avanzas más de lado y hacia atrás que hacia la salida. En el Sol las «personas» no son personas, sino átomos y partículas de gas muy calientes.
Un fotón concreto, además, no hace todo el viaje. En los choques el fotón intercambia energía con la materia, de modo que la energía va pasando de un fotón a otro [1]. Lo que sale por la superficie no son «los mismos fotones», sino su energía, en forma de muchos fotones de menor energía: el curso de la Universidad Estatal de Ohio explica que un solo fotón de rayos gamma acaba convertido en muchos fotones de luz visible [1].
3. Por qué hacer zigzag alarga el viaje mucho más de lo que parece
Si cada paso mide l, un camino aleatorio necesita en promedio (d/l)² pasos para alejarse una distancia d, mientras que un camino recto necesitaría solo d/l [1]. Fíjate en el cuadrado: si el destino está al doble de distancia, hacen falta cuatro veces más pasos, no el doble.
Un curso de astronomía de la Universidad Estatal de Ohio estima que, en promedio, un fotón tarda unos 30 000 años en llegar del centro a la superficie [1]. El Instituto Max Planck de Física Nuclear (Alemania) dice «al menos varias decenas de miles de años» y lo compara con los neutrinos, partículas casi sin interacción que también nacen en el centro y cruzan el Sol en segundos [2]. La diferencia entre fotones y neutrinos muestra que el retraso no se debe a que la luz sea lenta, sino a que su camino está lleno de desvíos.
Ahora, el segundo misterio: ¿por qué otras fuentes dan números tan distintos?
4. Por qué unas fuentes dicen 30 000 años, otras cientos de miles y otras millones
Estas son las cifras que encontramos en materiales de instituciones serias:
- Universidad Estatal de Ohio: unos 30 000 años hasta la superficie [1].
- Instituto Max Planck: al menos varias decenas de miles de años hasta la superficie [2].
- NASA/ESA (misión SOHO): varios cientos de miles de años solo hasta el borde superior de la zona radiativa [3].
- UCAR (centro de educación científica de EE. UU.): «puede tardar millones de años» en atravesar la zona radiativa [4].
Las fuentes no coinciden, y los textos consultados no explican con detalle por qué. Lo que sí podemos decir es que cada una cuenta una parte distinta del trayecto o usa suposiciones distintas, y que el resultado es muy sensible a ellas. Veamos un ejemplo con un cálculo hecho para este artículo: el tiempo depende de R²/(l·c), donde R es el radio del Sol (unos 696 000 km), l el paso medio y c la velocidad de la luz. Con 1 cm por paso, esta fórmula simple da del orden de 5000 años, menos que las cifras publicadas. Es una cuenta muy simplificada, y sirve solo para ver que «alrededor de 1 cm» es una cifra redondeada y que el resultado depende mucho del paso: si el paso se reduce a la mitad, el tiempo se duplica.
La idea clave: estas cifras son estimaciones basadas en modelos del interior del Sol, que no podemos observar directamente [1]. Es más honesto recordar «decenas de miles a millones de años, según el modelo y el tramo» que quedarse con un solo número.
5. Hacia la superficie, el calor deja de viajar como luz y pasa a viajar como gas en movimiento
La temperatura baja a medida que nos acercamos a la superficie: unos 15 millones de grados en el centro, unos 2 millones cerca del borde superior de la zona radiativa y unos 5700 grados en la parte alta de la zona convectiva [4]. En las capas externas el calor se transporta sobre todo por convección: gas caliente que sube y gas frío que baja, como el agua que hierve en una olla. Según el curso de Ohio, esto ocurre en el 30 % exterior del Sol [1].
Por eso el viaje tiene dos etapas: primero un largo zigzag de fotones en el interior, y después un transporte más rápido por movimiento del gas. El «viaje de decenas de miles de años» se refiere sobre todo a la primera etapa.
6. Cómo probar tú mismo un camino aleatorio con una moneda
Lanza una moneda 100 veces sobre una mesa despejada (o simula los lanzamientos en papel): si sale cara, das un paso a la derecha; si sale cruz, un paso a la izquierda. Anota dónde terminas. En promedio, acabarás a una distancia del orden de 10 pasos del punto de partida, aunque hayas dado 100 pasos; en línea recta habrías llegado a 100. Cada vez saldrá un resultado distinto, así que repítelo varias veces.
Así se ve la idea de que un destino al doble de distancia exige cuatro veces más pasos. Nunca mires directamente al Sol, porque daña los ojos. El viaje de la luz se explora con monedas, papel y datos, no con los ojos. Si quieres seguir, compara tú mismo las fuentes que aparecen abajo y mira cómo cada una cuenta el trayecto.