2132: Resolvendo o mistério do super-aquecimento do Sol com a Parker Solar Probe

Gráfico do Sol.
Crédito: Universidade de Michigan

É um dos maiores e mais antigos mistérios que rodeiam, literalmente, o nosso Sol – porque é que a sua atmosfera exterior é mais quente do que a sua escaldante superfície?

Investigadores da Universidade de Michigan acreditam que possuem a resposta e esperam prová-lo com a ajuda da sonda Solar Parker Probe da NASA.

Daqui a aproximadamente dois anos, a sonda será a primeira nave feita pelo Homem a entrar na zona em torno do Sol onde o aquecimento parece fundamentalmente diferente daquilo já visto no espaço. Isto permitirá com que testem a sua teoria de que o aquecimento é devido a pequenas ondas magnéticas que viajam para a frente e para trás dentro da zona.

A resolução deste enigma permitiria aos cientistas melhor entender e prever o clima solar, que pode representar séries ameaças à rede eléctrica da Terra. E o primeiro passo é determinar onde o aquecimento da atmosfera exterior do Sol começa e termina – um quebra-cabeças sem escassez de teorias.

“Seja qual for a física por trás desse super-aquecimento, é um quebra-cabeças que nos olha nos olhos há 500 anos,” disse Justin Kasper, professor de ciências climáticas e espaciais da Universidade de Michigan e investigador principal da missão Parker. “Daqui a apenas dois anos, a Parker Solar Probe finalmente revelará a resposta.”

A teoria dos cientistas, e o modo como vão usar a sonda para a testar, foi apresentada num artigo publicado dia 4 de Junho na revista The Astrophysical Journal Letters.

Nesta “zona de aquecimento preferencial”, acima da superfície do Sol, as temperaturas sobem globalmente. Ainda mais bizarro, os elementos individuais são aquecidos a diferentes temperaturas, ou preferencialmente. Alguns iões mais pesados são super-aquecidos até ficarem 10 vezes mais quentes do que o hidrogénio que está em toda a parte nesta área – mais quente que a superfície do Sol.

Estas altas temperaturas fazem com que a atmosfera solar cresça para muitas vezes o diâmetro do Sol e são a razão pela qual vemos a coroa estendida durante os eclipses solares. Nesse sentido, comentou Kasper, o mistério do aquecimento coronal é conhecido dos astrónomos há mais de meio milénio, mesmo que as altas temperaturas só tenham sido apreciadas apenas no último século.

Esta mesma zona apresenta “ondas Alfvén” hidromagnéticas que se movem para a frente e para trás entre a sua orla mais externa e a superfície do Sol. Na extremidade, chamada ponto de Alfvén, o vento solar move-se mais depressa do que a velocidade de Alfvén, e as ondas não podem mais viajar de volta para o Sol.

“Quando estamos abaixo do ponto de Alfvén, estamos nesta sopa de ondas,” explicou Kasper. “As partículas carregadas são desviadas e aceleradas pelas ondas vindas de todas as direcções.”

Ao tentar estimar a que distância da superfície do Sol este aquecimento preferencial é interrompido, a equipa da Universidade de Michigan examinou décadas de observações do vento solar pela sonda Wind da NASA.

Eles observaram o quanto do aumento da temperatura do hélio, perto do Sol, era eliminado pelas colisões entre os iões no vento solar enquanto viajam até à Terra. A observação do decaimento da temperatura do hélio permitiu com que medissem a distância até à orla externa da zona.

“Pegámos em todos os dados e tratámo-los como um cronómetro para descobrir quanto tempo passou desde que o vento foi super-aquecido,” disse Kasper. “Dado que sabemos a velocidade a que esse vento se desloca, podemos converter a informação a uma distância.”

Esses cálculos colocam a orla externa da zona de super-aquecimento a cerca de 10 a 50 raios solares da superfície. Era impossível ser mais definitivo, pois alguns valores só podem ser adivinhados.

Inicialmente, Kasper não pensou em comparar a sua estimativa da localização da zona com o ponto Alfvén, mas queria saber se havia uma localização fisicamente significativa no espaço que produz o limite externo.

Depois de ler que o ponto Alfvén e outras superfícies foram observadas a expandir e a contrair com a actividade solar, Kasper e o co-autor Kristopher Klein, ex-pós-doc da mesma Universidade e novo docente da Universidade do Arizona, retrabalharam a sua análise procurando mudanças, ano após ano, em vez de considerar toda a missão da sonda Wind.

“Para minha surpresa, o limite externo da zona de aquecimento preferencial e o ponto Alfvén moveram-se de maneira totalmente previsível, apesar de serem cálculos completamente independentes,” disse Kasper. “Sobrepomos os gráficos um sobre o outro e fazem exactamente a mesma coisa ao longo do tempo.”

Então, será que o ponto Alfvén marca a fronteira externa da zona de aquecimento? E o que está exactamente a mudar sob o ponto de Alfvén que super-aquece iões pesados? Devemos saber nos próximos dois anos. A Parker Solar Probe levantou voo em Agosto de 2018 e já teve o seu primeiro encontro com o Sol em Novembro de 2018 – aproximando-se já do Sol mais do que qualquer outro objecto feito pelo Homem.

Nos próximos anos, a Parker aproximar-se-á cada vez mais a cada passagem até que caia abaixo do ponto de Alfvén. No seu artigo, Kasper e Klein prevêem que deve entrar na zona de aquecimento preferencial em 2021, à medida que a fronteira se expande com o aumento da actividade solar. De seguida, NASA terá informações directas da fonte para responder a todos os tipos de perguntas de longa data.

“Com a Parker Solar Probe, vamos poder determinar definitivamente, através de medições locais, quais os processos que levam à aceleração do vento solar e ao aquecimento preferencial de certos elementos,” disse Klein. “As previsões neste artigo sugerem que estes processos estão a operar abaixo da superfície de Alfvén, uma região perto do Sol que nenhuma nave ainda visitou, o que significa que estes processos preferenciais de aquecimento nunca foram medidos directamente.”

Kasper é o investigador principal da Investigação SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons) da Parker Solar Probe. Os sensores da SWEAP recolhem partículas do vento solar e coronais durante cada encontro para medir a velocidade, temperatura e densidade e esclarecem o mistério do aquecimento.

Astronomia On-line
7 de Junho de 2019



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