¿Cómo dedujeron los astrónomos que el Sol no era una bola de fuego?

Creo que tal vez no sea el caso que hubo un momento en que la comunidad astronómica rechazó de manera concluyente la hipótesis de la bola de fuego; los astrónomos simplemente acumularon más y más pruebas en su contra. Si quieres ponerle una fecha aproximada, podrías poner el dedo en algún lugar a mediados del siglo XIX, ya que para entonces, otras ideas se habían afianzado.

Ya en el período clásico, Anaxágoras había propuesto que el Sol era un montón de metal fundido . No sé si esto fue ampliamente aceptado por sus contemporáneos. La idea del Sol como una bola de metal o fuego ciertamente persistió durante algún tiempo, aunque quizás en gran parte por falta de mejores ideas. Ni siquiera entendíamos el oxígeno y la combustión hasta el trabajo de Lavoisier y otros a fines del siglo XVIII, por lo que presumiblemente los cálculos detallados estuvieron fuera de discusión durante un milenio o dos después de Anaxágoras. No sé cuándo se hicieron por primera vez los cálculos de cuánto tiempo la combustión podría sostener al Sol, pero parece que no fue más de varias décadas después de que se desarrollara la teoría de la combustión.

¿Por qué? Bueno, podemos decir que a mediados del siglo XIX, la explicación predominante de la luminosidad del Sol no era la quema de carbón, sino la energía potencial gravitatoria. En la década de 1860, era ampliamente conocido que las reacciones químicas solo podían alimentar al Sol durante unos pocos miles de años. Ahora también teníamos una alternativa potencialmente viable: una década antes, Hermann von Helmholtz había comenzado a explorar la idea de que la contracción gravitacional de algún tipo, por lo que ahora llamamos el mecanismo de Kelvin-Helmholtz , era la fuente de energía, siendo la energía potencial gravitatoria transformado en calor$^{\dagger}$. Casi al mismo tiempo, Lord Kelvin sugirió que los meteoros que caían en el Sol proporcionaban la energía necesaria, un mecanismo similar al de Helmholtz. Creo que los astrónomos continuaron con la hipótesis de la contracción durante el cambio de siglo. He visto un artículo escrito alrededor de 1900 en ese sentido.

Sin embargo, a principios y mediados del siglo XX, se estaban desarrollando la teoría cuántica y la física nuclear, y el trabajo de Eddington, Bethe y otros sentaría las bases para nuestra comprensión actual de la producción de energía solar. Ahora se sabía que los modelos anteriores (incluida, finalmente, la contracción de Kelvin-Helmholtz) eran insuficientes porque permitían que el Sol brillara solo durante miles o millones de años, y los geólogos habían establecido que la Tierra misma era mucho más antigua que esto. Fusion, por otro lado, permite que el Sol sobreviva durante miles de millones de años, una escala de tiempo que coincide bien con la edad de la Tierra. También sabíamos que el hidrógeno y el helio eran los constituyentes dominantes del Sol y otras estrellas; mientras que Wollaston y Fraunhofer habían realizado las primeras observaciones de espectroscopia solar a principios del siglo XIX,

$^{\dagger}$Si bien esto produce calor en varios cuerpos, incluidas las estrellas T Tauri, no es significativo en la mayoría de las estrellas más allá de esa etapa.

Los científicos pensaron que el sol no podía ser una bola de carbón durante la era industrial , porque dada la masa del Sol, todo el carbón se habría quemado antes de que los humanos aparecieran en la Tierra. Pero no sabíamos qué más podía estar pasando.

En 1904, Rutherford sugirió la desintegración radiactiva como un posible proceso que podría explicar la energía del Sol. Pero es sólo después de Einstein y el descubrimiento de$E=mc^2$que sabían que la fusión podría estar ocurriendo en el interior. Y de hecho, eso es lo que sugirió Eddington en 1920 .

Finalmente, en 1925, Cecilia Payne-Gaposchkin sugirió que el Sol podría ser principalmente hidrógeno.

Los científicos usaron telescopios alineados con un prisma en la década de 1860 y descubrieron que la luz solar tiene las mismas bandas continuas de color que la luz de plasma de una lámpara de tubo eléctrico, además de algunos elementos no ionizados visibles como bandas estrechas.

Bunsen y Kirchhoff introdujeron la espectroscopia como método de laboratorio en 1860.

Un video con imágenes del aparato y experimentos de Bunsen está aquí:

Aquí hay un resumen:

Debido a que los electrones del sol no están unidos al núcleo en órbitas específicas, su espectro de luz es un arco iris continuo de todos los colores.

Ya se había encontrado que el sol tenía líneas negras en su espectro. es decir, Wollaston desde 1802 y Fraunhofer en 1812.

Bunsen quería medir el color de las llamas elementales usando "filtros de color", y Kirchoff sugirió que usara un prisma en su lugar. Se sorprendieron al encontrar bandas de colores que le daban a cada elemento una huella digital óptica diferente. Causó gran asombro en el mundo científico de la época.

Descubrieron que el espectro del sol era el mismo que el de un plasma ionizado, y encontraron las huellas dactilares ópticas de varios elementos en fase gaseosa también en el sol usando telescopios alineados con prismas y dispositivos de medición.

No se probó en ese momento, pero en 1863 se publicó un famoso artículo sobre esta cuestión.

https://www.scientificamerican.com/article/experts-doubt-the-sun-is-actually-burning-coal/

No sé si se permiten las citas completas, así que citaré el primer párrafo.

“Si el sol estuviera compuesto de carbón, al ritmo actual duraría sólo 5.000 años. El sol, con toda probabilidad, no es un cuerpo ardiente, sino incandescente.