O satélite Proba-3 da ESA será a primeira missão a criar um eclipse solar artificial total voando com um par de satélites a 150 metros de distância. Durante seis horas por vez, será capaz de observar a tênue atmosfera do Sol, a coroa, na região de difícil observação entre a borda do Sol e 1,4 milhão de quilômetros de sua superfície. Esta nova tecnologia combinada com a órbita estendida única do par de satélites ao redor da Terra permitirá que o Proba-3 realize importantes descobertas científicas, revelando segredos do Sol, do clima espacial e dos cinturões de radiação da Terra.
Proba-3, abreviação de ‘Projeto para Autonomia a Bordo 3’, é o quarto em uma série de missões de demonstração em órbita que testam novas tecnologias. A precisão milimétrica com que o par de satélites se posicionará no espaço nunca foi alcançada antes.
Vamos mergulhar nos cinco principais mistérios da ciência espacial que esta missão investigará.
- Por que a coroa solar é muito mais quente que o próprio Sol?
Todos sabemos que o Sol é quente, mas ainda é um mistério como o material na atmosfera externa do Sol, a coroa solar, pode atingir temperaturas de milhões de graus. A superfície visível abaixo dela, chamada de fotosfera, tem apenas 4500–6000 °C.
Em vez de ser uma superfície real, a fotosfera é a camada do Sol da qual a luz visível pode escapar. Abaixo dela, a luz emitida pelos átomos no interior quente e denso do Sol é quase imediatamente reabsorvida por outros átomos. A luz pode ficar presa dentro do Sol por muito tempo antes de poder escapar da fotosfera através do gás carregado (plasma) menos denso acima.
Movendo-se para a coroa, que é tanto menos densa quanto mais distante do núcleo do Sol, seria esperado encontrar temperaturas mais baixas. Em vez disso, ela fica cerca de duzentas vezes mais quente!
O Proba-3 enfrentará este mistério estudando a coroa solar mais próxima da superfície do Sol do que qualquer ‘coronógrafo’ anterior. Ao bloquear a luz direta do Sol com uma espaçonave, a outra espaçonave poderá ver a tênue luz visível vinda da coroa até apenas 70.000 km acima da superfície do Sol.
O coronógrafo é o principal instrumento científico do Proba-3. Ele é chamado ASPIICS, que significa Associação de Espaçonaves para Investigação Polarimétrica e de Imageamento da Coroa do Sol.
Uma das coisas que o ASPIICS procurará são ondas movendo-se através dos loops e plumas de plasma na coroa. Este tipo de movimento é uma provável causa das altas temperaturas da coroa. O coronógrafo será capaz de capturar estes movimentos rápidos em pequena escala imageando a coroa interna tão rapidamente quanto a cada dois segundos.
Além disso, o coronógrafo pode nos mostrar quais partes da coroa solar são mais quentes que outras usando diferentes filtros de luz. Imageando em luz branca, o instrumento vê onde o plasma brilhante (de todas as temperaturas) está concentrado e como ele se move. Essas imagens podem ser comparadas com aquelas tiradas através de um filtro de luz verde, que captura seletivamente a luz emitida por partículas particularmente quentes na coroa.
- O que acelera o vento solar?
O vento solar é o fluxo contínuo de plasma enviado pelo Sol, composto principalmente por elétrons, prótons e partículas alfa. Quando o vento solar colide com o campo magnético da Terra, pode produzir auroras – as luzes do norte e do sul.
Assim como o vento na Terra, o vento solar pode ser rápido ou lento, suave ou turbulento. Ele vem em dois tipos principais, que diferem não apenas na velocidade do vento, mas também na composição e região de origem.
O vento solar ‘lento’ – que ainda atinge a Terra com velocidades de até 500 km/s, ou 1,8 milhão de km/h – é composto por partículas que se assemelham à composição da atmosfera externa do Sol ou coroa. Embora os detalhes permaneçam indefinidos, sabe-se que este tipo de vento solar está conectado a regiões ativas de manchas solares no Sol que também produzem explosões solares e erupções.
O coronógrafo ASPIICS do Proba-3 investigará como as linhas do campo magnético torcidas e concentradas vindas das manchas solares interagem com o campo magnético mais distante. Embora não possa detectar este campo diretamente, ele verá o plasma brilhante na coroa que segue ao longo das linhas do campo magnético e seus distúrbios. Ao procurar por ‘bolhas’ de vento solar lento, ele pode rastrear como e onde o vento é empurrado para fora.
O vento solar ‘rápido’ pode atingir velocidades de mais de dois milhões de quilômetros por hora e é composto por uma mistura de partículas que se assemelha mais à superfície do Sol. Sabe-se que este tipo de vento vem de estruturas magnéticas chamadas buracos coronais – regiões onde o campo magnético do Sol não volta para dentro do Sol. O plasma pode fluir para fora ao longo dessas linhas de campo magnético ‘abertas’, criando vento solar.
Mas a questão permanece: como o vento solar rápido atinge velocidades tão altas? Para resolver este mistério, o Proba-3 procurará por jatos e ondas, incluindo ‘reversões magnéticas‘ que se acredita dar ao vento solar um impulso magnético. O ASPIICS revelará como o plasma se move através da coroa desde próximo à superfície do Sol até cerca de 1,4 milhão de km mais distante.
- Como o Sol ejeta material em ejeções de massa coronal?
O vento solar é um tipo de clima espacial, mas o que realmente precisamos observar são as tempestades solares maiores e mais poderosas. As ejeções de massa coronal (CMEs) são enormes bolhas de partículas carregadas (plasma) entrelaçadas com linhas de campo magnético. As CMEs são frequentemente – mas nem sempre – lançadas ao mesmo tempo que rajadas de radiação eletromagnética conhecidas como explosões solares.
Quando a Terra é atingida por uma CME, isso pode deformar o campo magnético protetor da Terra e causar uma tempestade geomagnética. Essas tempestades podem afetar satélites, interromper sistemas de navegação, causar apagões e trazer auroras para latitudes mais baixas.
CMEs em movimento rápido também podem criar ondas de choque que aceleram prótons ou outras partículas ao redor do Sol a velocidades extremamente altas. Essas ‘partículas energéticas solares’ podem danificar espaçonaves e representar um risco para astronautas fora da atmosfera protetora da Terra.
Ao poder ver o que acontece na coroa solar muito próximo à superfície do Sol, o Proba-3 revelará o que acontece antes de uma CME, como elas entram em erupção, como se expandem para fora e como interagem com outras estruturas e atividades ao redor do Sol. Ele verá esta parte da atmosfera do Sol por horas seguidas e melhor do que qualquer coronógrafo anterior.
- Como se comportam os elétrons presos nos cinturões de radiação da Terra?
O espaço ao redor da Terra constantemente tem partículas correndo através dele, seja vindas do Sol, arremessadas para nós de outros lugares do Sistema Solar, ou chegando a nós do espaço interestelar. Felizmente, somos protegidos delas pela atmosfera protetora e campo magnético da Terra, mas este mesmo campo prende partículas carregadas em anéis ao redor da Terra conhecidos como cinturões de radiação Van Allen.
Essas partículas de alta energia em movimento rápido representam riscos para dispositivos no espaço. Elas podem interromper medições e memórias a bordo, ou até causar danos permanentes, além de representarem perigo potencial para astronautas.
A órbita estendida e elíptica do Proba-3 o leva de 600 km acima da superfície da Terra até 60.530 km. Isso significa que em cada órbita de 19,7 horas ele passa duas vezes por ambos os cinturões de radiação interno e externo que cercam nosso planeta. Existem outras missões em órbita da Terra que atravessam ambos os cinturões, mas o Proba-3 é único por cruzar uma porção excepcionalmente grande deles.
Com seu instrumento Espectrômetro de Elétrons Energéticos 3D (3DEES), o Proba-3 medirá o número, direção de origem e energias dos elétrons nos cinturões de radiação da Terra. Esta é a primeira vez que a energia e os fluxos de elétrons de alta energia serão medidos ao mesmo tempo em seis direções diferentes abrangendo um campo de visão de 180°.
O 3DEES revelará o comportamento dos cinturões de radiação da Terra em condições normais, mas também verá como eles são afetados pelo clima espacial, incluindo o vento solar e as ejeções de massa coronal mencionados anteriormente.
- Quanto varia a produção de energia do Sol ao longo do tempo?
O Sol brilha todos os dias, mas alguns dias brilha mais que outros. Dentro de um ano, dependendo da distância da Terra ao Sol, a irradiância solar total que atinge a Terra pode variar até 6%. Mas quanto o Sol irradia também muda dependendo de quão ativo ele está, com mudanças de cerca de 0,1% ocorrendo ao longo do ciclo solar de aproximadamente 11 anos.
Ainda é objeto de debate científico quanto a produção de energia do Sol mudou durante períodos mais longos (100-1000 anos). Embora as mudanças climáticas recentes sejam certamente causadas por atividades humanas, é possível que o Sol tenha tido um papel nas mudanças climáticas passadas, como o resfriamento durante a Pequena Era do Gelo (c. 1300-1850). Poderia o Sol ser mais variável do que os registros recentes mostram?
O Sol é responsável por mais de 99,9% da energia disponível na superfície da Terra, e mesmo pequenas mudanças podem ter um grande impacto nos processos que moldam o clima da Terra. Conhecer a irradiância solar total é importante para a modelagem precisa do clima.
Para melhorar e estender nosso monitoramento do Sol, a espaçonave ‘Ocultadora’ do Proba-3 medirá continuamente a produção de energia do Sol usando seu instrumento Radiômetro Absoluto Digital (DARA). O DARA é projetado para minimizar a luz dispersa indesejada que entra nele, pode se calibrar automaticamente e deve ser capaz de medir com mais frequência graças a um sistema de controle mais rápido.
Outro DARA – exatamente o mesmo instrumento – já está voando pelo espaço no satélite meteorológico chinês FY-3E, lançado em 2021 e voando a cerca de 800 km acima da superfície da Terra.
A principal diferença entre o DARA do Proba-3 e os radiômetros anteriores será sua órbita muito alongada, que o levará até 60.530 km acima da superfície da Terra. A maior distância da Terra significa que o ambiente espacial do instrumento é mais limpo, com menos luz dispersa. Isso permitirá que o Proba-3 meça variações na irradiância solar com alta acurácia e precisão.
Fonte:
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Five_space_mysteries_Proba-3_will_help_solve
