Missões da NASA fazem um mapa sem precedentes do campo magnético do Sol

A cromosfera fica entre a fotosfera, ou superfície brilhante do Sol que emite luz visível, e a coroa superaquecida, ou atmosfera externa do Sol, na origem das erupções solares. A cromosfera é um elo chave entre essas duas regiões e uma variável ausente que determina a estrutura magnética do Sol. Créditos: Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA

Durante décadas após sua descoberta, os observadores só puderam ver a cromosfera solar por alguns momentos fugazes: durante um eclipse solar total, quando um brilho vermelho brilhante circundou a silhueta da lua.

Mais de cem anos depois, a cromosfera continua a ser a mais misteriosa das camadas atmosféricas do Sol. Imprensada entre a superfície brilhante e a coroa solar etérea, a atmosfera externa do Sol, a cromosfera é um lugar de mudanças rápidas, onde a temperatura sobe e os campos magnéticos começam a dominar o comportamento do Sol.

Agora, pela primeira vez, uma tríade de missões da NASA perscrutou a cromosfera para retornar medições de várias alturas de seu campo magnético. As observações – capturadas por dois satélites e pelo Chromospheric Layer Spectropolarimeter 2, ou missão CLASP2, a bordo de um pequeno foguete suborbital – ajudam a revelar como os campos magnéticos na superfície do Sol dão origem às erupções brilhantes em sua atmosfera externa. O artigo foi publicado hoje na Science Advances.

Um objetivo principal da heliofísica – a ciência da influência do Sol no espaço, incluindo as atmosferas planetárias – é prever o clima espacial, que geralmente começa no Sol, mas pode se espalhar rapidamente pelo espaço para causar interrupções perto da Terra.

O que impulsiona essas erupções solares é o campo magnético do Sol, as linhas invisíveis de força que se estendem da superfície solar ao espaço bem além da Terra. Esse campo magnético é difícil de ver – só pode ser observado indiretamente, pela luz do plasma, ou gás superaquecido, que traça suas linhas como faróis de carro viajando em uma estrada distante. No entanto, a forma como essas linhas magnéticas se organizam – sejam frouxas e retas ou firmes e emaranhadas – faz toda a diferença entre um Sol silencioso e uma erupção solar.

“O Sol é lindo e misterioso, com atividade constante acionada por seus campos magnéticos”, disse Ryohko Ishikawa, físico solar do Observatório Astronômico Nacional do Japão em Tóquio e principal autor do artigo.

Idealmente, os pesquisadores poderiam ler as linhas do campo magnético na corona, onde ocorrem as erupções solares, mas o plasma é muito esparso para leituras precisas. (A corona tem menos de um bilionésimo da densidade do ar ao nível do mar.)

Em vez disso, os cientistas medem a fotosfera mais densamente compactada – a superfície visível do Sol – duas camadas abaixo. Eles então usam modelos matemáticos para propagar esse campo para cima na corona. Essa abordagem ignora a medição da cromosfera, que fica entre as duas, na esperança de simular seu comportamento.

Infelizmente, a cromosfera acabou por ser um curinga, onde as linhas do campo magnético se reorganizam de maneiras difíceis de prever. Os modelos lutam para capturar essa complexidade.

“A cromosfera é uma bagunça quente, quente”, disse Laurel Rachmeler, ex-cientista do projeto da NASA para CLASP2, agora na Administração Oceânica e Atmosférica Nacional, ou NOAA. “Fazemos suposições simplificadoras da física na fotosfera e suposições separadas na corona. Mas na cromosfera, a maioria dessas suposições não funciona.”

Instituições nos EUA, Japão, Espanha e França trabalharam juntas para desenvolver uma nova abordagem para medir o campo magnético da cromosfera, apesar de sua bagunça. Modificando um instrumento que voou em 2015, eles montaram seu observatório solar em um foguete de sondagem, assim chamado devido ao termo náutico “soar” que significa medir. Foguetes de sondagem são lançados no espaço para breves observações de alguns minutos antes de cair de volta à Terra. Mais acessíveis e mais rápidos de construir e voar do que missões de satélite maiores, eles também são um palco ideal para testar novas ideias e técnicas inovadoras.

Lançado do White Sands Missile Range no Novo México, o foguete disparou a uma altitude de 170 milhas (274 quilômetros) para uma visão do Sol acima da atmosfera da Terra, que de outra forma bloqueia certos comprimentos de onda de luz. Eles se voltaram para uma plage, a borda de uma “região ativa” do Sol onde a força do campo magnético era forte, ideal para seus sensores.

Enquanto o CLASP2 olhava para o Sol, o Interface Region Imaging Spectrograph da NASA ou IRIS e o satélite JAXA / NASA Hinode, ambos observando o Sol da órbita da Terra, ajustaram seus telescópios para olhar para o mesmo local. Em coordenação, as três missões focaram na mesma parte do Sol, mas perscrutaram profundidades diferentes.

Hinode focou na fotosfera, procurando linhas espectrais de ferro neutro formado ali. CLASP2 visou três alturas diferentes dentro da cromosfera, travando em linhas espectrais de magnésio ionizado e manganês. Enquanto isso, o IRIS mediu as linhas de magnésio em resolução mais alta, para calibrar os dados CLASP2. Juntas, as missões monitoraram quatro camadas diferentes dentro e ao redor da cromosfera.

Eventualmente, os resultados chegaram: O primeiro mapa de várias alturas do campo magnético da cromosfera.

“Quando Ryohko me mostrou esses resultados pela primeira vez, eu simplesmente não conseguia ficar sentado”, disse David McKenzie, investigador principal do CLASP2 do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. “Eu sei que parece esotérico – mas você acabou de mostrar o campo magnético em quatro alturas ao mesmo tempo. Ninguém faz isso!”

O aspecto mais impressionante dos dados foi o quão variada a cromosfera acabou sendo. Tanto ao longo da porção do Sol que eles estudaram quanto em diferentes alturas dentro dela, o campo magnético variou significativamente.

“Na superfície do Sol, vemos campos magnéticos mudando em curtas distâncias; mais acima, essas variações são muito mais difusas. Em alguns lugares, o campo magnético não atingiu todo o ponto mais alto que medimos, enquanto em outros lugares, ainda estava com força total.”

A equipe espera usar essa técnica para medições magnéticas de várias alturas para mapear todo o campo magnético da cromosfera. Isso não apenas ajudaria em nossa capacidade de prever o clima espacial, mas também nos forneceria informações importantes sobre a atmosfera ao redor de nossa estrela.

“Sou um físico coronal – estou realmente interessado nos campos magnéticos lá de cima”, disse Rachmeler. “Ser capaz de elevar nosso limite de medição até o topo da cromosfera nos ajudaria a entender muito mais, nos ajudaria a prever muito mais – seria um grande passo à frente na física solar.”

Eles terão a chance de dar esse passo em breve: um novo vôo da missão recebeu o sinal verde da NASA. Embora a data de lançamento ainda não tenha sido definida, a equipe planeja usar o mesmo instrumento, mas com uma nova técnica para medir uma faixa muito mais ampla do sol.

“Em vez de apenas medir os campos magnéticos ao longo de uma faixa muito estreita, queremos digitalizá-lo no alvo e fazer um mapa bidimensional”, disse McKenzie.


Publicado em 25/02/2021 09h37

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