A Parker Solar Probe (PSP) da NASA voou perto o suficiente do sol para detectar a fina estrutura do vento solar perto de onde ele é gerado na superfície do sol, revelando detalhes que são perdidos quando o vento sai da coroa como uma explosão uniforme de partículas carregadas.
É como ver jatos de água saindo de um chuveiro através da explosão de água atingindo seu rosto.
Em um artigo a ser publicado 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 o PSP detectou fluxos de partículas de alta energia que correspondem aos fluxos de supergranulação dentro dos buracos coronais, o que sugere que essas são as regiões onde se origina o chamado vento solar “rápido”.
Os buracos coronais são áreas onde as linhas do campo magnético emergem da superfície sem retornar para dentro, formando assim linhas de campo aberto que se expandem para fora e preenchem a maior parte do espaço ao redor do sol. Esses buracos geralmente estão nos pólos durante os períodos de silêncio do sol, então o rápido vento solar que eles geram não atinge a Terra. Mas quando o sol se torna ativo a cada 11 anos à medida que seu campo magnético muda, esses buracos aparecem por toda a superfície, gerando rajadas de vento solar direcionadas diretamente para a 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 muita informação 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 afetará nossa capacidade de entender como o sol libera energia e impulsiona as 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 uniformemente espaçados emergindo de pontos brilhantes onde as linhas do campo magnético se afunilam 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 geralmente se quebram 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 maior 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. E a separação espacial desses pequenos drenos, desses funis, é o que estamos vendo agora com dados de sondas solares.”
Com base na presença de algumas partículas de energia extremamente alta que o PSP detectou – partículas que viajam de 10 a 100 vezes mais rápido que a média do vento solar – os pesquisadores concluem que o vento só poderia ser feito por esse processo, chamado de reconexão magnética. O PSP foi lançado 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 plasma ou ondas de Alfvén.
“A grande conclusão é que é a reconexão magnética dentro dessas estruturas de funil que está fornecendo a fonte de energia do rápido vento solar”, disse Bale. “Ele não vem apenas de todos os lugares em um buraco coronal, é subestruturado dentro de buracos coronais para essas células de supergranulação. Ele vem desses pequenos feixes de energia magnética associados aos fluxos de convecção. Nossos resultados, acreditamos, são fortes evidências que é a reconexão que está fazendo isso.”
As estruturas do funil provavelmente correspondem aos jatos brilhantes que podem ser vistos da Terra dentro de buracos coronais, conforme relatado recentemente por Nour Raouafi, coautor do estudo e cientista do projeto Parker Solar Probe no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. A APL projetou, construiu, gerencia e opera a espaçonave.
Mergulhando no sol
No momento em que o vento solar atinge a Terra, a 93 milhões de milhas do sol, ele evoluiu para um fluxo homogêneo e turbulento de campos magnéticos turbulentos 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 pólos, mas tem efeitos que se espalham pela 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.
A sonda foi projetada para determinar como é esse vento turbulento 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, o PSP teve que se aproximar 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 é mais estruturado – você vê mais as marcas do que estava no sol”, disse Bale.
Em 2021, os instrumentos da PSP registraram curvas de campo magnético nas ondas de Alfvén que pareciam estar associadas às regiões onde o vento solar é gerado. No momento em que a sonda atingiu cerca de 12 raios solares da superfície do sol – 5,2 milhões de milhas – os dados eram claros de que a sonda estava passando por jatos de material, em vez de mera turbulência. Bale, Drake e seus colegas rastrearam esses jatos até as células de supergranulação na fotosfera, onde os campos magnéticos se agrupam e se afunilam para o sol.
Mas as partículas carregadas estavam sendo aceleradas nesses funis por reconexão magnética, que lançaria as partículas para fora, ou por ondas de plasma quente – partículas ionizadas e campo magnético – saindo do sol, como se estivessem surfando em uma onda?
O fato de o PSP ter detectado partículas de energia extremamente alta nesses jatos – dezenas a centenas de volts de quiloeletrônicos (keV), contra alguns keV para a maioria das partículas do vento solar – disse a Bale que deve ser a reconexão magnética que acelera as partículas e gera o Ondas de Alfvén, que provavelmente dão às partículas um impulso extra.
“Nossa interpretação é que esses jatos de fluxo de reconexão excitam as ondas de Alfvén à medida que se propagam”, disse Bale. “Essa é uma observação bem conhecida da cauda magnética da Terra, também, onde você tem tipos semelhantes de processos. Não entendo como o amortecimento de ondas pode produzir essas partículas quentes de até centenas de keV, enquanto isso vem naturalmente do processo de reconexão. E também vemos isso em nossas simulações.”
O PSP não será capaz de chegar mais perto 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 iríamos lançar essa coisa na parte mais silenciosa e monótona do ciclo solar”, disse Bale. “Mas acho que sem isso, nunca teríamos entendido isso. Teria sido muito confuso. Acho que tivemos sorte de lançá-lo no mínimo solar.”
Publicado em 10/06/2023 20h27
Artigo original:
Estudo original: