Os vórtices polares estão presentes nas atmosferas planetárias, desde planetas rochosos semelhantes à Terra até gigantes gasosos semelhantes a Júpiter e Saturno. No entanto, não se sabe muito sobre a sua existência e características no nosso Sol devido à actual falta de observações directas nos pólos. Ao contrário das atmosferas planetárias, as camadas subterrâneas do Sol são altamente influenciadas pela presença de campos magnéticos. Novas pesquisas mostram que os campos magnéticos do ciclo solar fornecem um mecanismo para a formação de vórtices polares no Sol.
Em 31 de agosto de 2012, um longo filamento de material solar que pairava na atmosfera do Sol, a coroa, irrompeu no espaço às 16h36 EDT. O CME viajou a mais de 900 milhas por segundo. Ele não viajou diretamente em direção à Terra, mas se conectou com o ambiente magnético da Terra, ou magnetosfera, com um golpe de raspão, fazendo com que a aurora aparecesse na noite de 3 de setembro. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA.
“Ninguém pode dizer com certeza o que está acontecendo nos pólos solares”, disse o Dr. Mausumi Dikpati, cientista sênior do Observatório de Alta Altitude do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica da NSF.
“Mas esta nova investigação dá-nos uma visão intrigante do que poderemos esperar encontrar quando pudermos, pela primeira vez, observar os pólos solares.”
A provável presença de algum tipo de vórtice polar no Sol não é uma surpresa.
Estas formações giratórias desenvolvem-se em fluidos que rodeiam um corpo em rotação devido à força de Coriolis e foram observadas na maioria dos planetas do nosso Sistema Solar.
Na Terra, um vórtice gira no alto da atmosfera em torno dos pólos norte e sul.
Quando esses vórtices estão estáveis, mantêm o ar frio preso nos pólos, mas quando enfraquecem e se tornam instáveis, permitem que o ar frio escoe em direção ao equador, causando surtos de ar frio nas latitudes médias.
A missão Juno da NASA retornou imagens de tirar o fôlego de vórtices polares em Júpiter, mostrando oito redemoinhos compactados em torno do pólo norte do gigante gasoso e cinco em torno do pólo sul.
Os vórtices polares em Saturno, vistos pela sonda Cassini da NASA, têm formato hexagonal no pólo norte e mais circulares no sul.
Estas diferenças oferecem aos cientistas pistas sobre a composição e dinâmica da atmosfera de cada planeta.
Vórtices polares também foram observados em Marte, Vênus, Urano, Netuno e na lua de Saturno, Titã, portanto, de certa forma, o fato de que o Sol (também um corpo em rotação rodeado por um fluido) teria tais características pode ser óbvio.
Mas o Sol também é fundamentalmente diferente dos planetas e luas que possuem atmosferas: o plasma que o rodeia é magnético.
Como esse magnetismo pode influenciar a formação e evolução dos vórtices polares solares – ou se eles se formam – é um mistério porque a humanidade nunca enviou uma missão ao espaço que pudesse observar os pólos do Sol.
Na verdade, as nossas observações do Sol limitam-se a vistas da face do Sol, uma vez que aponta para a Terra e apenas oferecem dicas sobre o que pode estar a acontecer nos pólos.
Como os astrônomos nunca observaram os pólos do Sol, os autores do estudo confiaram em modelos de computador para preencher as lacunas sobre a aparência dos vórtices polares solares.
O que eles descobriram é que é provável que o Sol tenha de facto um padrão único de vórtices polares que evolui à medida que o ciclo solar se desenrola e depende da força de qualquer ciclo específico.
Nas simulações, um anel apertado de vórtices polares forma-se a cerca de 55 graus de latitude – o equivalente ao círculo Ártico da Terra – ao mesmo tempo que começa um fenómeno chamado “corrida para os pólos”.
No máximo de cada ciclo solar, o campo magnético nos pólos do Sol desaparece e é substituído por um campo magnético de polaridade oposta.
Esta reviravolta é precedida por uma “corrida para os pólos”, quando o campo de polaridade oposta começa a viajar a partir de cerca de 55 graus de latitude em direção aos pólos.
Depois de se formarem, os vórtices dirigem-se para os pólos num anel de aperto, libertando-se de vórtices à medida que o círculo se fecha, eventualmente deixando apenas um par de vórtices directamente adjacentes aos pólos antes de desaparecerem completamente no máximo solar.
Quantos vórtices se formam e sua configuração à medida que se movem em direção aos pólos muda com a força do ciclo solar.
Estas simulações oferecem uma peça que faltava no puzzle de como o campo magnético do Sol se comporta perto dos pólos e podem ajudar a responder algumas questões fundamentais sobre os ciclos solares do Sol.
Por exemplo, no passado, muitos cientistas usaram a força do campo magnético que “corre para os pólos” como um indicador da intensidade provável do próximo ciclo solar.
Mas o mecanismo de como essas coisas podem se conectar, se é que podem se conectar, não está claro.
As simulações também oferecem informações que podem ser utilizadas no planejamento de futuras missões de observação do Sol.
Nomeadamente, os resultados indicam que alguma forma de vórtices polares deve ser observável durante todas as partes do ciclo solar, exceto durante o máximo solar.
“Você poderia lançar uma missão solar e ela poderia chegar para observar os pólos na hora completamente errada”, disse o Dr. Scott McIntosh, também do Observatório de Alta Altitude do NSF-National Center for Atmospheric Research.
A Solar Orbiter, uma missão cooperativa entre a NASA e a ESA, poderá dar aos investigadores a primeira visão dos pólos solares, mas a primeira visão estará próxima do máximo solar.
Os cientistas observam que uma missão concebida para observar os pólos e fornecer aos investigadores pontos de vista múltiplos e simultâneos do Sol poderia ajudá-los a responder a muitas questões de longa data sobre os campos magnéticos do Sol.
“Nosso limite conceitual agora é que estamos operando com apenas um ponto de vista”, disse o Dr. McIntosh.
“Para fazer progressos significativos, devemos ter as observações necessárias para testar as nossas hipóteses e confirmar se simulações como estas estão corretas.”
O resultados aparecer no Anais da Academia Nacional de Ciências.
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Mausumi Dikpati e outros. 2024. Um mecanismo magnetohidrodinâmico para a formação de vórtices polares solares. PNAS 121 (47): e2415157121; doi: 10.1073/pnas.2415157121
