Novas descobertas da missão Solar Orbiter identificaram a origem do lento vento solar em regiões onde as linhas do campo magnético do Sol se reconectam, oferecendo informações mais profundas sobre a dinâmica solar e os potenciais impactos na Terra. Crédito: ESA e NASA/Solar Orbiter/Equipe EUI; agradecimento: Lakshmi Pradeep Chitta, Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar
A Solar Orbiter está a ajudar a identificar a origem do vento solar “lento”, avançando o nosso conhecimento dos processos solares e da sua influência no clima espacial.
Os pesquisadores fizeram um grande avanço na compreensão das origens do vento solar “lento” usando a espaçonave Solar Orbiter. Ao analisar as amostras do vento solar e capturar imagens da superfície do Sol, os cientistas identificaram onde o lento vento solar começa e como ele escapa para o espaço. Esta descoberta aumenta a nossa compreensão dos fenómenos solares e dos seus efeitos no sistema solar mais amplo.
Os cientistas fizeram progressos significativos na descoberta das origens misteriosas do vento solar “lento”, usando dados recolhidos durante a primeira viagem próxima do Sol da sonda Solar Orbiter.
O vento solar, que pode viajar a centenas de quilômetros por segundo, fascina os cientistas há anos, e uma nova pesquisa foi publicada hoje (28 de maio) na revista Astronomia da Naturezaestá finalmente esclarecendo como ele se forma.
O vento solar descreve o fluxo contínuo de energia carregada plasma partículas do Sol para o espaço – com o vento viajando a mais de 500 km por segundo conhecido como “rápido” e abaixo de 500 km por segundo descrito como “lento”.
Quando esse vento atinge a atmosfera da Terra, pode resultar na deslumbrante aurora que conhecemos como Aurora Boreal. Mas quando grandes quantidades de plasma são libertadas, sob a forma de ejeção de massa coronal, também pode ser perigoso, causando danos significativos aos satélites e aos sistemas de comunicações.
Apesar de décadas de observações, as fontes e mecanismos que libertam, aceleram e transportam o plasma do vento solar para longe do Sol e para o nosso sistema solar não são bem compreendidos – particularmente o lento vento solar.
O objetivo do Solar Orbiter é estudar o Sol de perto e pessoalmente, concentrando-se na compreensão do vento solar, dos campos magnéticos do Sol e da heliosfera – a vasta bolha de partículas carregadas que o Sol emite para o espaço. Equipada com dez instrumentos científicos, a espaçonave captura imagens de alta resolução e coleta dados sobre a atmosfera do Sol, ajudando a vincular a atividade solar diretamente aos fenômenos do nosso sistema solar. Esta missão é fundamental para o avanço do nosso conhecimento sobre o clima espacial e os seus efeitos na Terra. Crédito: ESA/ATG medialab
Insights da missão Solar Orbiter
Em 2020, a Agência Espacial Europeia (ESA), com o apoio da NASA, lançou a missão Solar Orbiter. Além de capturar as imagens mais próximas e detalhadas do Sol já obtidas, um dos principais objetivos da missão é medir e vincular o vento solar à sua área de origem na superfície do Sol.
Descrito como “o laboratório científico mais complexo alguma vez enviado ao Sol”, existem dez instrumentos científicos diferentes a bordo do Solar Orbiter – alguns in situ para coletar e analisar amostras do vento solar à medida que ele passa pela espaçonave, e outros instrumentos de sensoriamento remoto projetados para capturar imagens de alta qualidade da atividade na superfície do Sol.
Conjunto de dez instrumentos científicos da Solar Orbiter que estudarão o Sol. Existem dois tipos: sensoriamento in situ e sensoriamento remoto. Os instrumentos in situ medem as condições em torno da própria nave espacial. Os instrumentos de sensoriamento remoto medem o que está acontecendo a grandes distâncias. Juntos, ambos os conjuntos de dados podem ser usados para reunir uma imagem mais completa do que está acontecendo na coroa solar e no vento solar. Crédito: ESA-S.Poletti
Rastreando as origens do vento solar lento
Ao combinar dados fotográficos e instrumentais, os cientistas conseguiram, pela primeira vez, identificar mais claramente a origem do lento vento solar. Isto ajudou-os a estabelecer como é capaz de deixar o Sol e iniciar a sua viagem para a heliosfera – a bolha gigante em torno do Sol e dos seus planetas que protege o nosso sistema solar da radiação interestelar.
Steph Yardley, da Northumbria University, Newcastle upon Tyne, liderou a pesquisa e explica: “A variabilidade dos fluxos de vento solar medidos in situ numa nave espacial próxima do Sol fornece-nos muitas informações sobre as suas fontes, e embora estudos anteriores traçaram as origens do vento solar, isto foi feito muito mais perto da Terra, altura em que esta variabilidade se perde.
O papel da coroa solar
“Como a Solar Orbiter viaja tão perto do Sol, podemos capturar a natureza complexa do vento solar para obter uma imagem muito mais clara das suas origens e como esta complexidade é impulsionada pelas mudanças nas diferentes regiões de origem.”
Acredita-se que a diferença entre a velocidade do vento solar rápido e lento se deva às diferentes áreas da coroa do Sol, a camada mais externa da sua atmosfera, de onde eles se originam.
Dra. Steph Yardley, da Universidade de Northumbria. Crédito: Simon Veit-Wilson/Universidade da Nortúmbria
Campos magnéticos e fuga do vento solar
A coroa aberta refere-se a regiões onde as linhas do campo magnético se ancoram ao Sol em apenas uma extremidade e se estendem para o espaço na outra, criando uma estrada para o material solar escapar para o espaço. Essas áreas são mais frias e acredita-se que sejam a fonte do rápido vento solar.
Enquanto isso, a coroa fechada refere-se a regiões do Sol onde as linhas do seu campo magnético estão fechadas – o que significa que estão ligadas à superfície solar em ambas as extremidades. Eles podem ser vistos como grandes loops brilhantes que se formam em regiões magneticamente ativas.
Ocasionalmente, esses ciclos magnéticos fechados se rompem, proporcionando uma breve oportunidade para o material solar escapar, da mesma forma que acontece através das linhas abertas do campo magnético, antes de se reconectarem e formarem novamente um ciclo fechado. Isso geralmente ocorre em áreas onde as coroas aberta e fechada se encontram.
Testando teorias com Solar Orbiter
Um dos objetivos do Solar Orbiter é testar a teoria de que o lento vento solar se origina da coroa fechada e é capaz de escapar para o espaço através deste processo de quebra e reconexão das linhas do campo magnético.
Uma forma pela qual a equipe científica conseguiu testar essa teoria foi medindo a “composição” ou composição das correntes de vento solar.
A combinação de íons pesados contidos no material solar difere dependendo de onde ele se originou; a coroa mais quente e fechada versus a coroa mais fria e aberta.
Vinculando atividades solares a correntes de vento
Utilizando os instrumentos a bordo da Solar Orbiter, a equipa conseguiu analisar a atividade que ocorre na superfície do Sol e depois combiná-la com as correntes de vento solar recolhidas pela sonda.
Usando as imagens da superfície do Sol capturadas pela Solar Orbiter, eles conseguiram identificar que as correntes de vento lento vieram de uma área onde a coroa aberta e fechada se encontravam, provando a teoria de que o vento lento é capaz de escapar das linhas fechadas do campo magnético. através do processo de ruptura e reconexão.
Insights sobre a composição do vento solar
Como explica o Dr. Yardley, do grupo de pesquisa de Física Solar e Espacial da Northumbria University: “A composição variável do vento solar medida no Solar Orbiter foi consistente com a mudança na composição entre as fontes da coroa.
“As mudanças na composição dos íons pesados juntamente com os elétrons fornecem fortes evidências de que a variabilidade não é apenas impulsionada pelas diferentes regiões de origem, mas também se deve a processos de reconexão que ocorrem entre os circuitos fechado e aberto na coroa.”
Colaboração Internacional e Planos Futuros
A missão ESA Solar Orbiter é uma colaboração internacional, com cientistas e instituições de todo o mundo a trabalhar em conjunto, contribuindo com competências e equipamentos especializados.
Daniel Müller, Cientista do Projeto Solar Orbiter da ESA, disse: “Desde o início, um objetivo central da missão Solar Orbiter tem sido ligar eventos dinâmicos no Sol ao seu impacto na bolha de plasma circundante da heliosfera.
“Para conseguir isso, precisamos combinar observações remotas do Sol com medições in-situ do vento solar à medida que ele passa pela espaçonave. Estou imensamente orgulhoso de toda a equipe por realizar essas medições complexas com sucesso.
“Este resultado confirma que o Solar Orbiter é capaz de fazer conexões robustas entre o vento solar e suas regiões de origem na superfície solar. Este foi um objetivo fundamental da missão e abre caminho para estudarmos a origem do vento solar com detalhes sem precedentes.”
Entre os instrumentos a bordo do Solar Orbiter está o Sensor de Íons Pesados (HIS), desenvolvido em parte por pesquisadores e engenheiros do Laboratório de Pesquisa de Física Espacial da Universidade de Michigan, no departamento de Ciências e Engenharia Climáticas e Espaciais. O sensor foi projetado para medir íons pesados no vento solar, que podem ser usados para determinar de onde veio o vento solar.
“Cada região do Sol pode ter uma combinação única de íons pesados, o que determina a composição química de uma corrente de vento solar. Como a composição química do vento solar permanece constante à medida que viaja para o sistema solar, podemos usar estes iões como uma impressão digital para determinar a origem de um fluxo específico do vento solar na parte inferior da atmosfera do Sol,” disse Susan Lepri, professora de ciências climáticas e espaciais e engenharia na Universidade de Michigan e vice-investigadora principal do Sensor de Íons Pesados.
Os elétrons no vento solar são medidos por um Sistema Analisador de Elétrons (EAS), desenvolvido pelo Laboratório de Ciências Espaciais Mullard da UCL, onde o Dr. Yardley é membro honorário.
O professor Christopher Owen, da UCL, disse: “As equipes de instrumentos passaram mais de uma década projetando, construindo e preparando seus sensores para lançamento, bem como planejando a melhor forma de operá-los de forma coordenada. Portanto, é altamente gratificante ver agora os dados sendo reunidos para revelar quais regiões do Sol estão impulsionando o vento solar lento e sua variabilidade.”
O Sensor Proton-Alpha (PAS), que mede a velocidade do vento, foi projetado e desenvolvido pelo Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie da Universidade Paul Sabatier em Toulouse, França.
Juntos, esses instrumentos compõem o conjunto de sensores do Solar Wind Analyzer a bordo do Solar Orbiter, do qual o professor Christopher Owen da UCL é o investigador principal.
Falando sobre planos de pesquisa futuros, o Dr. Yardley disse: “Até agora, analisamos apenas os dados do Solar Orbiter desta forma para este intervalo específico. Será muito interessante observar outros casos usando a Solar Orbiter e também fazer uma comparação com conjuntos de dados de outras missões próximas, como NASAda Sonda Solar Parker.”
O artigo detalhando a pesquisa será publicado hoje em Astronomia da Natureza.
Referência: “Conectividade multifonte como motor da variabilidade do vento solar na heliosfera” 28 de maio de 2024, Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02278-9
