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A nave espacial Solar Orbiter da ESA forneceu dados cruciais para responder à questão de décadas de onde vem a energia para aquecer e acelerar o vento solar. Trabalhando em conjunto com a Parker Solar Probe da NASA , a Solar Orbiter revela que a energia necessária para ajudar a alimentar esse fluxo vem de grandes flutuações no campo magnético do Sol.
O vento solar é um fluxo constante de partículas carregadas que escapam da atmosfera solar (chamada de corona) para fluir para fora da Terra. É a colisão do vento solar com a atmosfera do nosso planeta que desencadeia a aurora colorida em nossos céus.
O vento solar 'rápido' se move com velocidades acima de 500 km/s, equivalente a incríveis 1,8 milhões de km/h. Curiosamente, esse vento sai da coroa solar com velocidades mais baixas, então algo o acelera conforme ele se afasta. O vento de um milhão de graus esfria naturalmente conforme se expande em um volume maior e se torna menos denso, muito parecido com o ar na Terra quando você escala uma montanha. E ainda assim, ele esfria mais lentamente do que o esperado somente por esse efeito.
Então, o que fornece a energia necessária para acelerar e aquecer as partes mais rápidas do vento solar? Dados do Solar Orbiter da ESA e da Parker Solar Probe da NASA forneceram evidências conclusivas de que a resposta são oscilações em larga escala no campo magnético do Sol, conhecidas como ondas de Alfvén.
“Antes deste trabalho, as ondas de Alfvén foram sugeridas como uma fonte potencial de energia, mas não tínhamos provas definitivas”, diz o primeiro autor conjunto do trabalho, Yeimy Rivera, do Centro de Astrofísica de Harvard & Smithsonian, Massachusetts.
Em um gás comum, como a atmosfera da Terra, o único tipo de onda que pode ser transmitido são as ondas sonoras. No entanto, quando um gás é aquecido a temperaturas extraordinárias, como na atmosfera do Sol, ele entra em um estado eletrificado conhecido como plasma e responde a campos magnéticos. Isso permite que ondas, chamadas ondas de Alfvén, se formem no campo magnético. Essas ondas armazenam energia e podem transportá-la eficientemente através de um plasma.
Um gás normal expressa sua energia armazenada na forma de densidade, temperatura e velocidade. Com um plasma, no entanto, o campo magnético também armazena energia. Tanto o Solar Orbiter quanto o Parker Solar Probe contêm os instrumentos necessários para medir as propriedades do plasma, incluindo seu campo magnético.
Embora as duas espaçonaves estejam operando a distâncias diferentes do Sol e em órbitas muito diferentes, em fevereiro de 2022, as espaçonaves se alinharam ao longo do mesmo fluxo de vento solar.
A Parker, operando a 13,3 raios solares (cerca de 9 milhões de km) do Sol nas bordas mais externas da coroa solar, cruzou o fluxo primeiro. A Solar Orbiter, operando a 128 raios solares (89 milhões de km), cruzou o fluxo um ou dois dias depois. “Este trabalho só foi possível devido ao alinhamento muito especial das duas espaçonaves que coletaram amostras do mesmo fluxo de vento solar em diferentes estágios de sua jornada do Sol”, diz Yeimy.
Aproveitando ao máximo esse raro alinhamento, a equipe comparou as medições do mesmo fluxo de plasma em dois locais diferentes. Primeiro, eles transformaram as medições em quatro quantidades de energia principais, que incluíam uma medição da energia armazenada no campo magnético, chamada fluxo de energia de onda.
Como a energia não pode ser criada nem destruída, apenas convertida de uma forma para outra, a equipe comparou as leituras da Parker com as da Solar Orbiter. Eles fizeram essa comparação com e sem o termo de energia magnética.
“Descobrimos que se não incluíssemos o fluxo de energia das ondas em Parker, não teríamos a mesma quantidade de energia que temos no Solar Orbiter”, diz o primeiro autor Samuel Badman, do Centro de Astrofísica de Harvard & Smithsonian, Massachusetts.
Perto do Sol, onde Parker mediu o fluxo, cerca de 10% da energia total foi encontrada no campo magnético. Na Solar Orbiter, esse número caiu para apenas 1%, mas o plasma acelerou e esfriou mais lentamente do que o esperado.
Comparando os números, a equipe concluiu que a energia magnética perdida estava impulsionando a aceleração e retardando o resfriamento do plasma, fornecendo algum aquecimento próprio.
Os dados também mostram o quão importantes são as configurações magnéticas conhecidas como switchbacks para a aceleração do vento. Os switchbacks são grandes deflexões nas linhas do campo magnético do Sol e são exemplos de ondas de Alfvén. Elas têm sido vistas desde as primeiras sondas solares da década de 1970, mas sua taxa de detecção aumentou drasticamente desde que a Parker Solar Probe se tornou a primeira espaçonave a voar pela coroa solar em 2021 e detectou que os switchbacks se juntam em manchas .
Este novo trabalho confirma que essas áreas de curvas fechadas contêm energia suficiente para serem responsáveis pela parte ausente da aceleração e do aquecimento do vento solar rápido.
“Este novo trabalho reúne habilmente algumas grandes peças do quebra-cabeça solar. Mais e mais, a combinação de dados coletados pela Solar Orbiter, Parker Solar Probe e outras missões está nos mostrando que diferentes fenômenos solares realmente trabalham juntos para construir este extraordinário ambiente magnético”, diz Daniel Müller, Cientista de Projeto da ESA para a Solar Orbiter.
E não é só nos contar sobre o nosso Sistema Solar. “Nosso Sol é a única estrela no Universo onde podemos medir diretamente seu vento. Então o que aprendemos sobre o nosso Sol potencialmente se aplica pelo menos a outras estrelas do tipo Sol, e talvez outros tipos de estrelas que têm ventos”, diz Samuel.
Atualmente, a equipe está trabalhando para expandir sua análise para aplicá-la a formas mais lentas do vento solar, para ver se a energia do campo magnético do Sol também desempenha um papel em sua aceleração e aquecimento.
Notas para editores
' Observações in situ de ondas de Alfvén de grande amplitude aquecendo e acelerando o vento solar ' por Yeimy Rivera, Samuel T. Badman, et al. foi publicado hoje na Science.
Solar Orbiter é uma missão espacial de colaboração internacional entre a ESA e a NASA, operada pela ESA.
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Fonte: Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês / Publicaçâo 29/08/2024
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