A Sonda Solar Parker da NASA voou perto o suficiente do sol para detectar a estrutura fina do vento solar perto de onde é gerado na superfície do sol, revelando detalhes que se perdem à medida que o vento sai da coroa como uma explosão uniforme de partículas carregadas. É como ver jatos de água emanando de um chuveiro através do jato de água que atinge seu rosto.
Em um artigo a ser publicado esta semana na revista Nature, uma equipe de cientistas liderada por Stuart D. Bale, professor de física da Universidade da Califórnia, Berkeley, e James Drake da Universidade de Maryland-College Park, relata que a Sonda Solar Parker detectou fluxos de partículas de alta energia que correspondem aos fluxos de supergranulação dentro dos buracos coronais, o que sugere que estas são as regiões onde o chamado “vento solar rápido” se origina.
Os buracos coronais são áreas onde as linhas do campo magnético emergem da superfície sem voltar para dentro, formando assim linhas de campo abertas que se expandem para fora e preenchem a maior parte do espaço ao redor do sol. Esses buracos geralmente estão nos polos durante os períodos de calmaria do sol, então o vento solar rápido que eles geram não atinge a Terra. Mas quando o sol se torna ativo a cada 11 anos à medida que seu campo magnético se inverte, esses buracos aparecem por toda a superfície, gerando rajadas de vento solar direcionadas diretamente à Terra.
Entender como e onde o vento solar se origina ajudará a prever tempestades solares que, embora produzam belas auroras na Terra, também podem causar estragos em satélites e na rede elétrica.
“Os ventos carregam muitas informações do sol para a Terra, então entender o mecanismo por trás do vento do sol é importante por razões práticas na Terra”, disse Drake. “Isso vai afetar nossa capacidade de entender como o sol libera energia e impulsiona tempestades geomagnéticas, que são uma ameaça às nossas redes de comunicação.”
Com base na análise da equipe, os buracos coronais são como chuveiros, com jatos aproximadamente igualmente espaçados emergindo de pontos brilhantes onde as linhas do campo magnético se canalizam para dentro e para fora da superfície do sol. Os cientistas argumentam que quando campos magnéticos de direções opostas passam um pelo outro nesses funis, que podem ter 18.000 milhas de diâmetro, os campos frequentemente se rompem e se reconectam, lançando partículas carregadas para fora do sol.
“A fotosfera é coberta por células de convecção, como em uma panela de água fervente, e o fluxo de convecção em grande escala é chamado de supergranulação”, disse Bale. “Onde essas células de supergranulação se encontram e descem, elas arrastam o campo magnético em seu caminho para esse tipo de funil descendente. O campo magnético se intensifica muito ali porque está apenas preso. É como uma colherde campo magnético descendo por um ralo. E a separação espacial desses pequenos ralos, esses funis, é o que estamos vendo agora com os dados da sonda solar.”
Com base na presença de algumas partículas de energia extremamente alta que a Sonda Solar Parker detectou – partículas viajando de 10 a 100 vezes mais rápido do que a média do vento solar – os pesquisadores concluem que o vento só poderia ser feito por esse processo, que é chamado de reconexão magnética. A sonda foi lançada em 2018 principalmente para resolver duas explicações conflitantes para a origem das partículas de alta energia que compõem o vento solar: reconexão magnética ou aceleração por ondas de plasma ou Alfvén.
“A grande conclusão é que é a reconexão magnética dentro dessas estruturas de funil que está fornecendo a fonte de energia do vento solar rápido”, disse Bale. “Ele não vem de todos os lugares em um buraco coronal, é subdividido dentro dos buracos coronais para essas células de supergranulação. Ele vem desses pequenos pacotes de energia magnética que estão associados aos fluxos de convecção. Nossos resultados, acreditamos, são fortes evidências de que é a reconexão que está fazendo isso.”
As estruturas de funil provavelmente correspondem aos jatos brilhantes que podem ser vistos da Terra dentro dos buracos coronais, como relatado recentemente por Nour Raouafi, co-autor do estudo e cientista do projeto Parker Solar Probe no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. A APL, localizada em Laurel, Maryland, projetou, construiu, gerencia e opera a espaçonave.
“Resolver o mistério do vento solar tem sido um sonho de seis décadas de muitas gerações de cientistas”, disse Raouafi. “Agora, estamos compreendendo o fenômeno físico que impulsiona o vento solar em sua fonte – a coroa.”
Até o momento em que o vento solar chega à Terra, a 93 milhões de milhas do sol, ele evoluiu para um fluxo homogêneo e turbulento de campos magnéticos borbulhantes entrelaçados com partículas carregadas que interagem com o próprio campo magnético da Terra e despejam energia elétrica na atmosfera superior. Isso excita os átomos, produzindo auroras coloridas nos polos, mas tem efeitos que se infiltram na atmosfera da Terra. Prever os ventos mais intensos, chamados de tempestades solares, e suas consequências próximas à Terra é uma missão do programa Living With a Star da NASA, que financiou Parker.
A sonda foi projetada para determinar como esse vento turbulento se parece onde é gerado perto da superfície do sol, ou fotosfera, e como as partículas carregadas do vento – prótons, elétrons e íons mais pesados, principalmente núcleos de hélio – são aceleradas para escapar da gravidade do sol.
Para fazer isso, Parker teve que se aproximar mais de 25 a 30 raios solares, ou seja, mais perto de cerca de 13 milhões de milhas.
“Uma vez que você fica abaixo dessa altitude, 25 ou 30 raios solares ou mais, há muito menos evolução do vento solar, e ele é mais estruturado – você vê mais das impressões do que estava no sol”, disse Bale.
Em 2021, os instrumentos de Parker registraram mudanças de campo magnético nas ondas de Alfvén que pareciam estar associadas às regiões onde o vento solar é gerado. Quando a sonda chegou a cerca de 12 raios solares da superfície do sol – 5,2 milhões de milhas – os dados estavam claros de que a sonda estava passando por jatos de material, em vez de mera turbulência. Bale, Drake e seus colegas rastrearam esses jatos de volta às células de supergranulação na fotosfera, onde os campos magnéticos se acumulam e se canalizam para o sol.
Mas as partículas carregadas estavam sendo aceleradas nesses funis pela reconexão magnética, que lançaria partículas para fora, ou por ondas de plasma quente – partículas ionizadas e campo magnético – saindo do sol, como se estivessem surfando uma onda?
O fato de Parker ter detectado partículas de energia extremamente alta nesses jatos – dezenas a centenas de quiloeletrons-volts (keV), versus alguns keV para a maioria das partículas do vento solar – disse a Bale que tem que ser a reconexão magnética que acelera as partículas e gera as ondas de Alfvén, que provavelmente dão um impulso extra às partículas.
“Nossa interpretação é que esses jatos de fluxo de reconexão excitam as ondas de Alfvén à medida que se propagam para fora”, disse Bale. “Essa é uma observação bem conhecida também da cauda magnética da Terra, onde você tem processos semelhantes. Eu não entendo como o amortecimento de ondas pode produzir essas partículas quentes até centenas de keV, enquanto isso vem naturalmente do processo de reconexão. E vemos isso em nossas simulações também.”
A Sonda Solar Parker não será capaz de se aproximar mais do sol do que cerca de 8,8 raios solares acima da superfície – cerca de 4 milhões de milhas – sem fritar seus instrumentos. Bale espera solidificar as conclusões da equipe com dados dessa altitude, embora o sol esteja agora entrando no máximo solar, quando a atividade se torna muito mais caótica e pode obscurecer os processos que os cientistas estão tentando visualizar.
“Houve alguma consternação no início da missão da sonda solar de que vamos lançar essa coisa bem no período mais calmo e mais monótono do ciclo solar”, disse Bale. “Mas eu acho que sem isso, nunca teríamos entendido isso. Teria sido muito bagunçado. Acho que tivemos sorte de lançá-lo no mínimo solar.”
A Sonda Solar Parker é um marco na exploração espacial, fornecendo informações valiosas sobre o vento solar e seus efeitos na Terra. Compreender a origem e a natureza do vento solar é fundamental para prever tempestades solares e proteger nossas redes de comunicação e infraestrutura elétrica. A missão Parker Solar Probe é um exemplo brilhante de como a exploração espacial pode ter implicações práticas diretas para a vida na Terra.
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