M3. Polarización de la luz

Antecedentes

Decimos que la luz es una onda electromagnética. Esto significa que se produce por oscilaciones sincronizadas de los campos eléctrico (E) y magnético (B) que se mueven perpendicularmente entre sí (figura 1). Cuando el campo eléctrico oscila siempre en el mismo plano, se dice que la luz está linealmente polarizada.

La figura 1 muestra un ejemplo de luz polarizada linealmente. Las flechas azules representan la oscilación del campo eléctrico (E), mientras que las rojas representan la del campo magnético (B). En este caso, el campo eléctrico oscila en dirección vertical y el campo magnético en dirección horizontal.

Este fenómeno ocurre cuando la luz es emitida en una región donde existe un intenso campo magnético. Dicho campo modifica ligeramente la forma en que los átomos emiten la luz, haciendo que esta aparezca dividida en componentes con distintas polarizaciones (figura 2). Gracias a ello es posible conocer la dirección y la intensidad del campo magnético en la superficie del Sol.

La luz emitida por las manchas solares presenta esta polarización debido al efecto Zeeman.

Con frecuencia, las regiones activas de la fotosfera están formadas por un par de manchas solares. Habitualmente, en una de ellas las líneas del campo magnético emergen de la superficie solar (polo norte o positivo, +), mientras que en la otra penetran en el interior del Sol (polo sur o negativo, −).

Como consecuencia, la luz procedente de una mancha, cuyo campo magnético está dirigido hacia el observador queda polarizada linealmente en una dirección, mientras que la luz de la mancha cuyo campo apunta hacia el interior del Sol queda polarizada en la dirección perpendicular (figura 2).

Figura 2

Este hecho nos muestra qué polaridad magnética tiene cada mancha solar. De esta manera se confeccionan los magnetogramas, imágenes del Sol en escala de grises en las que la polaridad positiva (+) aparece en blanco y la polaridad negativa (-) en negro. En la figura 3 se ven paralelamente la imagen de la fotosfera solar (izquierda) y su magnetograma correspondiente (derecha).

Figura 3

Observando el magnetograma con detenimiento, descubrirás que las manchas que van en la vanguardia de cada grupo tienen el mismo color y opuesto a las del hemisferio contrario: en el hemisferio Norte la mancha precedente (p) es de color blanco, mientras que, en el Sur, es de color negro. Además, cada 11 años aproximadamente la polaridad magnética del Sol se invierte. Por eso resulta más comprensible hablar de polaridad positiva o negativa que de Norte o Sur, para evitar confusiones.

Procedimiento

• Podemos simular todo este proceso situando bajo una pegatina, que representa un grupo de manchas solares, dos polarizadores cruzados (perpendiculares entre sí). Un polarizador en la mancha precedente, p (del inglés, preceding) y otro cruzado en la mancha subsiguiente, f (del inglés, following).
• La pegatina está situada sobre un foco LED que, al encenderlo, veremos un vacío en el lugar donde tendrían que aparecer las umbras (zonas más oscuras de las manchas solares, figura 4). Pero, al tratar de ver esa región activa a través de otro polarizador lineal, podremos notar que se oscurecen las manchas de un lado y no las del otro. Si no lo consigues, gira el polarizador lineal hasta que lo logres. 

• Una vez hayas conseguido ese primer objetivo, gira 90º ese polarizador lineal para que las manchas que se oscurezcan sean las del lado opuesto (ver figura 5). 

Figura 5