1073: O Sol como nunca o vimos antes

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

A nave espacial Solar Orbiter da ESA/NASA fez a primeira das suas íntimas passagens pelo periélio a 26 de Março de 2022. A nave voou mais perto do Sol do que o planeta Mercúrio, alcançando a sua maior aproximação a apenas 32% da distância da Sol-Terra. Estando tão perto do Sol, as imagens e os dados transmitidos são espectaculares.
Esta imagem foi obtida pelo EUI (Extreme Ultraviolet Imager) a 27 de Março de 2022 e mostra o Sol a um comprimento de onda de 17 nanómetros. Este é o comprimento de onda emitido pelo gás a uma temperatura de cerca de um milhão de graus, que corresponde à temperatura da atmosfera exterior do Sol, a corona. O magnetismo estende-se do interior do Sol, prendendo alguns dos gases coronais e criando “loops” brilhantes que são fáceis de ver, alcançando o espaço no limbo do Sol.
A cor desta imagem foi adicionada artificialmente porque o comprimento de onda original detectado pelo instrumento é invisível ao olho humano.
Crédito: ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipa do EUI

Proeminências poderosas, vistas de cortar a respiração ao longo dos pólos solares e um curioso “ouriço” solar estão entre o conjunto de imagens espectaculares, filmes e dados transmitidos pela sonda Solar Orbiter desde a sua primeira passagem próxima pelo Sol.

Embora a análise do novo conjunto de dados só agora tenha começado, é já claro que a missão liderada pela ESA está a fornecer as mais extraordinárias informações sobre o comportamento magnético do Sol e a forma como este molda o clima espacial.

A passagem mais próxima da Solar Orbiter pelo Sol, conhecida como periélio, teve lugar no dia 26 de Março. A nave espacial estava dentro da órbita de Mercúrio, a cerca de um-terço da distância Sol-Terra, e o seu escudo térmico atingia 500º C. Mas dissipou esse calor com a sua tecnologia inovadora para manter a nave segura e funcional.

A Solar Orbiter transporta dez instrumentos científicos – nove são liderados por Estados Membros da ESA e um pela NASA – todos trabalhando em estreita colaboração para proporcionar uma visão sem precedentes de como a nossa estrela local “funciona”.

Alguns são instrumentos de detecção remota que olham para o Sol, enquanto outros são instrumentos in-situ que monitorizam as condições em torno da nave espacial, permitindo com que os cientistas “unam os pontos” desde o que veem acontecer no Sol, até que a Solar Orbiter “sente”, na sua localização, o vento solar a milhões de quilómetros de distância da estrela.

Quando se trata do periélio, claramente quanto mais perto a nave espacial está do Sol, melhores os detalhes que o instrumento de sensoriamento remoto consegue ver. E, por sorte, a nave também absorveu várias erupções solares e até uma ejecção de massa coronal dirigida à Terra, proporcionando um sabor de previsão meteorológica espacial em tempo real, um esforço que se está a tornar cada vez mais importante devido à ameaça que o clima espacial representa para a tecnologia e para os astronautas.

Apresentando o “ouriço” solar

“As imagens são realmente de cortar a respiração,” diz David Berghmans, do Observatório Real da Bélgica, investigador principal do instrumento EUI (Extreme Ultraviolet Imager), que tira imagens de alta resolução das camadas inferiores da atmosfera do Sol, conhecida como a coroa solar. Esta região é onde se realiza a maior parte da actividade solar que impulsiona o clima espacial.

A tarefa agora para a equipa do EUI é compreender o que estão a ver. Esta não é uma tarefa fácil porque a Solar Orbiter está a revelar tanta actividade no Sol em pequena escala. Tendo detectado uma característica ou um evento que não conseguem reconhecer imediatamente, devem então vasculhar observações solares passadas, por outras missões espaciais, para ver se algo semelhante já foi visto antes.

“Mesmo que a Solar Orbiter deixasse de recolher dados amanhã, eu iria estar ocupado durante anos a tentar descobrir isto tudo,” diz David Berghmans.

Uma característica particularmente apelativa foi vista durante este periélio. Por enquanto, tem sido apelidada de “ouriço”. Estende-se por 25.000 quilómetros através do Sol e tem uma multidão de picos de gás quente e frio que se estendem em todas as direcções.

Unindo os pontos

O principal objectivo científico da Solar Orbiter é explorar a ligação entre o Sol e a heliosfera. A heliosfera é a grande “bolha” espacial que se estende para lá dos planetas do nosso Sistema Solar. Está cheia de partículas electricamente carregadas, a maioria das quais foram expelidas pelo Sol para formar o vento solar. É o movimento destas partículas e os campos magnéticos associados que criam o clima espacial.

Para traçar os efeitos do Sol na heliosfera, os resultados dos instrumentos in-situ, que registam as partículas e os campos magnéticos que varrem a nave espacial, devem ser rastreados até eventos na superfície visível do Sol ou perto dela, os quais são registados pelos instrumentos de detecção remota.

Esta não é uma tarefa fácil, uma vez que o ambiente magnético à volta do Sol é altamente complexo, mas quanto mais perto a sonda consegue chegar do Sol, menos complicado é seguir os eventos das partículas de volta ao Sol ao longo das “auto-estradas” das linhas do campo magnético. O primeiro periélio foi um teste chave disto e os resultados até agora permanecem muito promissores.

A 21 de Março, alguns dias antes do periélio, uma nuvem de partículas energéticas varreu a nave espacial. Foi detectada pelo instrumento EPD (Energetic Particle Detector). É importante realçar que as mais energéticas chegaram primeiro, seguidas das que tinham energias cada vez mais baixas.

“Isto sugere que as partículas não são produzidas perto da nave espacial,” diz Javier Rodríguez-Pacheco, da Universidade de Alcalá, Espanha, investigador principal do EPD. Ao invés, foram produzidas na atmosfera solar, mais perto da superfície do Sol. Enquanto atravessavam o espaço, as partículas mais rápidas seguiam em frente das mais lentas, como corredores num sprint.

No mesmo dia, a experiência RPW (Radio and Plasma Waves) viu-as chegar, captando o forte varrimento característico das frequências de rádio produzidas quando as partículas aceleradas – na sua maioria electrões – espiralam para fora ao longo das linhas do campo magnético do Sol. A RPW detetou então oscilações conhecidas como ondas de Langmuir. “Estas oscilações são um sinal de que os electrões energéticos chegaram à nave espacial,” diz Milan Maksimovic, do LESIA (Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Atrophysique), Observatório de Paris, França, investigador principal da experiência RPW.

Dos instrumentos de detecção remota, tanto o EUI como o STIX (X-ray Spectrometer/Telescope) viram eventos no Sol que poderiam ter sido responsáveis pela libertação de partículas. Enquanto as partículas que fluem para o espaço são as que o EPD e a RPW detectaram, é importante lembrar que outras partículas podem viajar para baixo do evento, atingindo os níveis mais baixos da atmosfera do Sol. É aqui que entra o STIX.

Embora o EUI veja a luz ultravioleta libertada do local da erupção na atmosfera do Sol, o STIX vê os raios-X que são produzidos quando os electrões acelerados pela erupção interagem com os núcleos atómicos nos níveis inferiores da atmosfera solar.

Exactamente como estas observações estão todas ligadas é agora uma questão para as equipas investigarem. Existem indícios da composição das partículas detectadas pelo EPD de que foram provavelmente aceleradas por um choque coronal num evento mais gradual em vez de impulsivamente a partir de uma erupção.

“Pode ser que tenham múltiplos locais de aceleração,” diz Samuel Krucker, FHNW, Suíça, investigador principal do STIX.

Acrescentando outra reviravolta a esta situação, o MAG (Magnetometer) não registou nada de substancial na altura. No entanto, isto não é invulgar. A erupção inicial de partículas, conhecida como EMC (Ejeção de Massa Coronal), transporta um forte campo magnético que o MAG pode facilmente registar, mas as partículas energéticas do evento viajam muito mais depressa do que a EMC e podem preencher rapidamente grandes volumes do espaço, podendo portanto ser detectadas pela Solar Orbiter. “Mas se a EMC falhar a nave espacial, então o MAG não vê uma assinatura,” diz Tom Horbury, Imperial College, Reino Unido, investigador principal do MAG.

Quando se trata do campo magnético, tudo começa na superfície visível do Sol, conhecida como fotosfera. É aqui que o campo magnético gerado internamente irrompe pelo espaço. Para saber o seu aspecto, a Solar Orbiter transporta o instrumento PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager). Este pode ver a polaridade magnética norte e sul na fotosfera, bem como a ondulação da superfície do Sol devido às ondas sísmicas que viajam através do seu interior.

“Fornecemos as medições do campo magnético na superfície do Sol. Este campo então expande-se, vai para a coroa e, basicamente, conduz todo o brilho e acção que se vê lá em cima,” diz Sami Solanki, do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar, em Gotinga, Alemanha, investigador principal do PHI.

Outro instrumento, o SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment), regista a composição da coroa. Estes “mapas de abundância” podem ser comparados ao conteúdo do vento solar visto pelo instrumento SWA (Solar Wind Analyser).

“Isto irá acompanhar a evolução da composição do vento solar desde o Sol até à sonda e isso diz-nos mais sobre os mecanismos responsáveis pela aceleração do vento solar”, diz Frédéric Auchère, investigador principal do SPICE, do IAS (Institut d’Astrophysique Spatiale), França.

Prevendo o clima espacial

Ao combinar dados de todos os instrumentos, a equipa científica será capaz de contar a história da actividade solar desde a superfície do Sol, até à Solar Orbiter e mais além. E esse conhecimento é exactamente o que vai pavimentar o caminho para um futuro sistema concebido para prever as condições meteorológicas espaciais na Terra em tempo real. No período que antecedeu o periélio, a Solar Orbiter chegou mesmo a ter uma ideia de como um tal sistema poderia funcionar.

A nave espacial estava a voar a montante da Terra. Esta perspectiva única significava que estava a monitorizar as condições do vento solar que iria atingir a Terra várias horas mais tarde. Uma vez que a sonda estava em contacto directo com a Terra, com os seus sinais a viajar à velocidade da luz, os dados chegaram ao solo em poucos minutos, prontos para análise. Por sorte, foram detectadas várias EMCs por volta desta altura, algumas delas dirigindo-se directamente para a Terra.

A 10 de Março, uma EMC varreu a nave espacial. Usando dados do MAG, a equipa foi capaz de prever quando iria subsequentemente atingir a Terra. O anúncio desta notícia nas redes sociais permitiu que os observadores do céu estivessem prontos para a aurora, que chegou devidamente cerca de 18 horas mais tarde, à hora prevista.

Esta experiência deu à Solar Orbiter um sabor do que é prever as condições meteorológicas espaciais na Terra em tempo real. Tal esforço está a tornar-se cada vez mais importante devido à ameaça que o clima espacial representa para a tecnologia e para os astronautas.

A ESA está actualmente a planear uma missão chamada ESA Vigil que estará estacionada num dos lados do Sol, olhando para a região do espaço na direcção da Terra. A sua tarefa será a de observar EMCs a viajar por esta região, especialmente as que se dirigem para o nosso planeta. Durante o próprio periélio, a Solar Orbiter estava posicionada de modo que os seus instrumentos Metis e SoloHI pudessem fornecer exactamente este tipo de imagens e dados.

O instrumento Metis tira fotografias da coroa a uma distância de 1,7-3 raios solares. Ao apagar o disco brilhante do Sol, vê a ténue coroa. “Dá os mesmos detalhes que as observações dos eclipses totais a partir do solo, mas, em vez de alguns minutos, o Metis pode observar continuamente,” diz Marco Romoli, da Universidade de Florença, Itália, investigador principal do Metis.

O SoloHI regista imagens feitas da luz solar dispersa pelos electrões no vento solar. Uma proeminência em particular, de 31 de Março, chegou à classe X, as proeminências solares mais energéticas conhecidas. Até à data, os dados ainda não foram analisados porque grande parte permanece na sonda à espera de transmissão. Agora que a Solar Orbiter está mais longe da Terra, a velocidade de transferência de dados abrandou e os investigadores têm que ser pacientes – mas estão mais do que prontos para começar a sua análise quando esses dados chegarem.

“Estamos sempre interessados nos grandes eventos porque produzem as maiores respostas e a física mais interessante, porque estamos a olhar para os extremos”, diz Robin Colaninno, do Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos, Washington DC, investigadora principal do SoloHI.

Em breve

Não há dúvida de que as equipas dos instrumentos têm muito trabalho pela frente. O periélio foi um enorme sucesso e gerou uma vasta quantidade de dados extraordinários. E é apenas uma amostra do que está para vir. A sonda já está a navegar pelo espaço para se alinhar para a sua passagem seguinte pelo periélio – ligeiramente mais próxima do Sol – a 13 de Outubro, a 0,29 vezes a distância entre o Sol e a Terra. Antes, a 4 de Setembro, fará o seu terceiro “flyby” por Vénus.

A Solar Orbiter já tirou as suas primeiras fotografias das regiões polares largamente inexploradas do Sol, mas muito mais está ainda por vir.

No dia 18 de Fevereiro de 2025, a Solar Orbiter encontrará Vénus pela quarta vez. Isto resultará no aumentar da inclinação da órbita da nave espacial para cerca de 17 graus. O quinto voo por Vénus, a 24 de Dezembro de 2026, aumentará ainda mais esta inclinação para 24 graus e marcará o início da missão de “alta latitude”.

Nesta fase, a Solar Orbiter vai ver as regiões polares do Sol mais directamente do que nunca. Tais observações em linha de visão são a chave para desenredar o complexo ambiente magnético nos pólos, que por sua vez podem guardar o segredo do ciclo de 11 anos de actividade solar.

“Estamos tão entusiasmados com a qualidade dos dados do nosso primeiro periélio,” diz Daniel Müller, cientista do projecto Solar Orbiter da ESA. “É quase difícil de acreditar que isto é apenas o início da missão. Vamos estar de facto muito ocupados.”

Astronomia On-line
20 de Maio de 2022


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