En la Naturaleza hay muchos sistemas que exhiben estructuras, patrones y comportamientos dinámicos que no se esperan a priori dadas las leyes que gobiernan el comportamiento de los elementos que los componen. Se les llama sistemas complejos.

En un Bosque Tropical, por muchas razones, también está presente la complejidad

Hay varios ingredientes comunes a casi todos ellos. Son en su mayoría sistemas que se mantienen fuera del equilibrio termodinámico por acción externa. En ellos, se establecen fuertes interacciones no-lineales entre un gran número de componentes o grados de libertad; existen umbrales locales para la excitación de inestabilidades; asimismo, hay abundantes fluctuaciones y ruidos de distinto tipo y naturaleza. Ejemplos de estos sistemas son los Forestales, las Placas Testónicas e incluso muchos sistemas sociales y económicos.

Plasma el el Universo

En el Sol encontramos toda una gama de ejemplos de estructuras fibrosas helicoidales con corrientes de Birkeland fluyendo a lo largo de las líneas de fuerza de los campos magnéticos locales: protuberancias (10¹¹ A), espículas, corrientes coronarias, erupciones y otras más. El Sol es la fuente del campo magnético en forma de espiral de Arquímedes (formada por la rotación del Sol), en el cual se encuentra inmerso la totalidad del sistema solar. La zona influida por el campo magnético del Sol se le conoce como heliósfera. La sonda Voyager 1 (Viajero 1, por su nombre original en inglés) alcanzó en el 2005 la frontera con la heliósfera (heliopausa), la cual es estimada que se encuentra alejada de nosotros entre las 110÷160 Unidades Astronómicas (1 UA = 150 millones de kilómetros). Se espera que el generador termoeléctrico de radiosótopo durará hasta el 2020, lo cuál podría ser suficiente tiempo para enviar datos valiosos acerca del viento solar en la heliopausa. En la heliopausa el Voyager detectó una caida en la velocidad del viento solar desde 1.6 millones de km/hr hasta 250 mil km/hr, puesto que la heliopausa es el lugar donde el viento solar colisiona con el viento estelar. El detector de rayos cósmicos, magnetómetro, detector de ondas de plasma y el detector de partículas cargadas de baja energía del Voyager están operacionales y todavía mandando datos de vuelta a la Tierra, al día de hoy, Junio del 2005. Desde el Sol se expulsa una corriente ininterrumpida de partículas neutrales y cargadas eléctricamente, a la cual llamamos viento solar.

esquema de una estrella tipo Sol

Hoy en día, disponemos de dos herramientas muy potentes para el estudio del interior solar: Los neutrinos solares y la heliosismología. Bethe y Chitchfield (1938) propusieron un ciclo de reacciones de fusión nuclear para explicar la generación de energía en el caso de estrellas de masa pequeña como el Sol. El balance final de dicho ciclo de reacciones, Ciclo p-p, es:

4p → He4 + 2e⁺ +2ѵ_e +energía.

¿Cómo podemos estar seguros de que este es, efectivamente, el mecanismo dominante de generación de energía que utilizan algunas estrellas y, en particular el Sol? Sorprendentemente, la respuesta es que podemos “observar” el interior del Sol mediante detectores situados en el interior de la Tierra.

Reacciones de la cadena protón-protón

Pero existe otra alternativa para conseguir helio y energía a partir de cuatro protones. Es el ciclo CNO, y es el principal mecanismo de fusión de hidrógeno para las estrellas más masivas cuyo núcleo está a una temperatura mayor que 15 millones de grados. En nuestro sol también se da el ciclo CNO aunque en una proporción muy baja. Para que este proceso aparezca es indispensable la existencia previa de núcleos de carbono-12, que actúan como catalizadores del proceso, y que tras la síntesis del helio vuelven a quedar como al principio.

Reacciones del ciclo CNO

Reacciones de la cadena triple alfa

La heliosismología permite el estudio del interior solar a partir de las observaciones de ondas acústicas y de gravedad. Leighton (1962) descubrieron que el Sol tiene oscilaciones globales con un período de 5 minutos. Ulrich (1970) y Leibacher (1971) propusieron explicar las oscilaciones en términos de ondas sonaras atrapadas en cavidades resonantes debajo de la superficie solar. Esta teoría fue comprobada observacionalmente por Deubner (1975), y de dichas oscilaciones acústicas (modos p) pueden detectarse numerosos armónicos. Los diferentes armónicos a menor o mayor profundidad en el Sol y permiten realizar un sondeo sísmico del interior solar.