Chuva Inesperada no Sol Liga Dois Mistérios Solares

Caros Leitores,

Durante cinco meses, em meados de 2017, Emily Mason fez a mesma coisa todos os dias. Chegando ao seu escritório no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, ela se sentou em sua mesa, abriu seu computador e ficou olhando as imagens do Sol - o dia todo, todos os dias. “Eu provavelmente examinei dados de três ou cinco anos”, estima Mason. Então, em outubro de 2017, ela parou. Ela percebeu que estava olhando para a coisa errada o tempo todo.

Mason, uma estudante de pós-graduação da Universidade Católica da América, em Washington, DC, estava à procura de chuva coronal: globos gigantes de plasma, ou gás eletrificado, que gotejam da atmosfera externa do Sol de volta à sua superfície. Mas ela esperava encontrá-lo em serpentinas de capacete, as alças magnéticas de milhões de milhas - nomeadas por sua semelhança ao capacete pontudo de um cavaleiro - que podem ser vistas saindo do Sol durante um eclipse solar. Simulações de computador previram que a chuva coronal poderia ser encontrada lá. Observações de vento solar, o gás que escapou do Sol e saiu para o espaço, sugeriram que a chuva poderia estar acontecendo. E se ela pudesse encontrá-lo, a física subjacente de fazer chover teria implicações importantes para o mistério de 70 anos de porque a atmosfera externa do Sol, conhecida como a coroa, é muito mais quente que sua superfície. Mas depois de quase meio ano de busca, Mason simplesmente não conseguiu encontrá-lo. “Foi muito bonito”, disse Mason, “por algo que nunca aconteceu no final das contas”. 

O problema, descobriu-se, não era o que ela estava procurando, mas onde. Em um artigo publicado hoje no Astrophysical Journal Letters , Mason e seus co-autores descrevem as primeiras observações da chuva coronal em um tipo de loop magnético menor e anteriormente negligenciado no Sol. Depois de uma longa e tortuosa busca na direção errada, as descobertas forjam uma nova ligação entre o aquecimento anômalo da coroa e a fonte do vento solar lento - dois dos maiores mistérios que a ciência solar enfrenta atualmente.

Mason procurou por chuva coronal em fitas de capacete como a que aparece no lado esquerdo da imagem, tirada durante o eclipse de 1994 visto da América do Sul. Um pseudoestrante menor aparece no membro ocidental (lado direito da imagem). Nomeados por sua semelhança com o capacete pontudo de um cavaleiro, as fitas do capacete se estendem até a corona fraca do Sol e são mais facilmente vistas quando a luz da superfície brilhante do Sol é obstruída.

Créditos: © 1994 Úpice observatory e Vojtech Rušin, © 2007 Miloslav Druckmüller

Como chove no Sol

Observado através dos telescópios de alta resolução montados na sonda SDO da NASA, o Sol - uma bola quente de plasma, repleta de linhas de campo magnético traçadas por gigantescos e voláteis troncos - parece ter poucas semelhanças físicas com a Terra. Mas nosso planeta natal fornece alguns guias úteis para analisar o tumulto caótico do Sol: entre eles, a chuva.

Na Terra, a chuva é apenas uma parte do ciclo da água maior, um interminável cabo de guerra entre o calor e a força da gravidade. Começa quando a água líquida, reunida na superfície do planeta em oceanos, lagos ou riachos, é aquecida pelo Sol. Parte dela evapora e sobe para a atmosfera, onde esfria e se condensa em nuvens. Eventualmente, essas nuvens tornam-se pesadas o suficiente para que a força da gravidade se torne irresistível e a água caia de volta à Terra como chuva, antes que o processo comece de novo.

No Sol, disse Mason, a chuva coronária funciona da mesma forma, “mas em vez de água a 60 graus você está lidando com um plasma de milhões de graus”. O plasma, um gás eletricamente carregado, não se acumula como água, mas sim traça os loops magnéticos que emergem da superfície do Sol como uma montanha-russa nos trilhos. Nos pontos do laço, onde se liga à superfície do Sol, o plasma é superaquecido de alguns milhares a mais de 1,8 milhões de graus Fahrenheit. Em seguida, expande o loop e reúne em seu pico, longe da fonte de calor. À medida que o plasma esfria, ele se condensa e a gravidade atrai as pernas do laço como chuva coronal.

Mason estava à procura de chuva coronal em serpentinas de capacete, mas sua motivação para olhar lá tinha mais a ver com esse ciclo de aquecimento e resfriamento subjacente do que a própria chuva. Pelo menos desde meados da década de 1990, os cientistas sabem que as flâmulas de capacete são uma das fontes do vento solar lento, uma corrente relativamente lenta e densa de gás que escapa do Sol separadamente de sua contraparte em movimento rápido. Mas as medições do gás do vento solar lento revelaram que ele já havia sido aquecido a um grau extremo antes de resfriar e escapar do Sol. O processo cíclico de aquecimento e resfriamento atrás da chuva coronal se estivesse acontecendo dentro das serpentinas do capacete, seria uma peça do quebra-cabeça.

A outra razão conecta-se ao problema de aquecimento coronal - o mistério de como e por que a atmosfera externa do Sol é cerca de 300 vezes mais quente que sua superfície. Surpreendentemente, as simulações mostraram que a chuva coronal só se forma quando o calor é aplicado no fundo do laço. "Se um ciclo tiver chuva coronal, isso significa que 10% do fundo, ou menos, é onde o aquecimento coronal está acontecendo", disse Mason. Chovendo laços fornecem uma haste de medição, um ponto de corte para determinar onde a corona é aquecida. Começar a busca nos maiores loops que conseguiram encontrar - gigantescos streamers de capacete - parecia um objetivo modesto e que maximizaria suas chances de sucesso.

A chuva coronal, como a mostrada neste filme do SDO da NASA em 2012, às vezes é observada após erupções solares, quando o aquecimento intenso associado a uma erupção solar corta abruptamente após a erupção e o plasma remanescente esfria e retorna à superfície solar. Mason estava procurando por chuva coronária não associada a erupções, mas sim causada por um processo cíclico de aquecimento e resfriamento similar ao ciclo da água na Terra.

Créditos: Observatório Solar Dynamics / Estúdio de Visualização Científica da NASA / Tom Bridgman, Lead Animator

Ela tinha os melhores dados para o trabalho: imagens tiradas pelo Solar Dynamics Observatory da NASA, ou SDO, uma nave espacial que fotografou o Sol a cada doze segundos desde o seu lançamento em 2010. Mas quase meio ano depois da pesquisa, Mason ainda não tinha Observou uma única gota de chuva em um streamer de capacete. Ela havia, no entanto, notado uma série de pequenas estruturas magnéticas, com as quais ela não estava familiarizada. "Eles eram realmente brilhantes e continuaram a chamar minha atenção", disse Mason. “Quando finalmente dei uma olhada neles, com certeza eles tiveram dezenas de horas de chuva de cada vez”.

No início, Mason estava tão focado em sua busca de serpentina de capacete que ela não fez nada das observações. "Ela veio para uma reunião de grupo e disse: 'Eu nunca a encontrei - vejo isso o tempo todo nessas outras estruturas, mas elas não são serpentinas de capacete'", disse Nicholeen Viall, cientista solar em Goddard e coautor de o papel. “E eu disse: 'Espere ... espere. Onde você vê isso? Eu não acho que alguém já tenha visto isso antes! '”

Uma barra de medição para aquecimento

Essas estruturas diferiam das flâmulas de capacete de várias maneiras. Mas a coisa mais marcante sobre eles era o tamanho deles.

"Esses circuitos eram muito menores do que estávamos procurando", disse Spiro Antiochos, que também é físico solar na Goddard e co-autor do artigo. “Então, isso indica que o aquecimento da corona é muito mais localizado do que estávamos pensando.”

O artigo de Mason analisou três observações de Raining Null-Point Topologies, ou RNTPs, uma estrutura magnética anteriormente ignorada mostrada aqui em dois comprimentos de onda de luz ultravioleta extrema. A chuva coronal observada nessas alças magnéticas comparativamente pequenas sugere que a coroa possa ser aquecida dentro de uma região muito mais restrita do que a anteriormente esperada.

Créditos: Solar Dynamics Observatory da NASA / Emily Mason

Uma nova fonte para o lento vento solar

Mas uma parte das observações não concordou com as teorias anteriores. De acordo com o entendimento atual, a chuva coronal só se forma em alças fechadas, onde o plasma pode se acumular e resfriar sem qualquer meio de escape. Mas enquanto Mason vasculhava os dados, ela encontrou casos em que a chuva estava se formando em linhas de campo magnético abertas. Ancorada ao Sol em uma única extremidade, a outra extremidade dessas linhas de campo abertas alimentava o espaço, e o plasma ali podia escapar para o vento solar. Para explicar a anomalia, Mason e a equipe desenvolveram uma explicação alternativa - uma que conectava a chuva nessas minúsculas estruturas magnéticas às origens do vento solar lento.

Na nova explicação, o plasma que chove começa sua jornada em um circuito fechado, mas alterna - através de um processo conhecido como reconexão magnética - para um aberto. O fenômeno acontece com frequência no Sol, quando um circuito fechado colide com uma linha de campo aberto e o sistema se reconfigura. De repente, o plasma superaquecido no circuito fechado se encontra em uma linha de campo aberta, como um trem que trocou de pista. Parte desse plasma expandirá rapidamente, esfriará e voltará ao Sol como chuva coronal. Mas outras partes dela vão escapar - formando, eles suspeitam uma parte do vento solar lento.

Mason está atualmente trabalhando em uma simulação computadorizada da nova explicação, mas ela também espera que evidências observacionais em breve possam confirmar isso. Agora que a Parker Solar Probe, lançada em 2018, está viajando mais perto do Sol do que qualquer espaçonave anterior, pode voar através de rajadas de vento solar lento que podem ser rastreadas até o Sol - potencialmente, a um dos eventos de chuva coronais de Mason. Depois de observar a chuva coronal em uma linha de campo aberta, o plasma de saída, escapando ao vento solar, normalmente seria perdido para a posteridade. Mas não mais. "Potencialmente, podemos fazer essa conexão com a Parker Solar Probe e dizer que foi isso", disse Viall.

Cavando Através dos Dados

Quanto a encontrar chuva coronal em serpentinas de capacete? A pesquisa continua. As simulações são claras: a chuva deve estar lá. “Talvez seja tão pequeno que você não possa ver isso?” Disse Antiochos. "Nós realmente não sabemos".

Mas, novamente, se Mason tivesse encontrado o que ela estava procurando, ela poderia não ter feito a descoberta - ou ter gasto todo esse tempo aprendendo os detalhes dos dados solares.

"Parece uma tarefa difícil, mas honestamente é a minha coisa favorita", disse Mason. "Eu quero dizer é por isso que nós construímos algo que leva muitas imagens do Sol: Então podemos olhar para elas e descobrir".

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Centro de Voo Espacial Goddard da NASA , Greenbelt, Md. 

Por Miles Hatfield, o  

Fonte: NASA  - 05/04/2019

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/unexpected-rain-on-sun-links-two-solar-mysteries 

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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