Os investigadores, incluindo uma equipa da Northwestern University, fizeram um grande avanço na compreensão do campo magnético do Sol, descobrindo que este se origina mais perto da superfície do que se pensava anteriormente. Esta percepção poderia melhorar as previsões de tempestades solares, que representam riscos para a infra-estrutura tecnológica da Terra. Crédito: SciTechDaily.com
Um novo estudo revela que o campo magnético do Sol se origina mais perto da superfície, resolvendo um mistério de 400 anos investigado pela primeira vez pela Galileu e melhorando a previsão de tempestades solares.
Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo Universidade do Noroeste engenheiros, está cada vez mais perto de resolver um mistério solar de 400 anos que deixou perplexo até o famoso astrônomo Galileu Galilei.
Desde a primeira observação da atividade magnética do Sol, os astrónomos têm lutado para identificar a origem do processo. Agora, depois de executar uma série de cálculos complexos em um NASA supercomputador, os pesquisadores descobriram que o campo magnético é gerado cerca de 32 mil quilômetros abaixo da superfície do Sol.
A descoberta contradiz teorias anteriores, que sugerem que o fenómeno tem origens profundas – começando a mais de 210 mil quilómetros abaixo da superfície do Sol.
A pesquisa foi publicada em 22 de maio na revista Natureza.
A nova descoberta não só nos ajuda a compreender melhor os processos dinâmicos do nosso Sol, como também pode ajudar os cientistas a prever com mais precisão tempestades solares poderosas. Embora as fortes tempestades solares deste mês tenham proporcionado belas e ampliadas vistas da aurora boreal, tempestades semelhantes podem causar destruição intensa – danificando satélites em órbita da Terra, redes eléctricas e comunicações de rádio.
Esta ilustração apresenta uma representação dos campos magnéticos do Sol sobre uma imagem capturada pelo Solar Dynamics Observatory da NASA. A complexa sobreposição de linhas pode ensinar aos cientistas como o magnetismo do Sol muda em resposta ao movimento constante dentro e fora do Sol. Crédito: NASA/SDO/AIA/LMSAL
“Compreender a origem do campo magnético do Sol tem sido uma questão em aberto desde Galileu e é importante para prever a atividade solar futura, como explosões que podem atingir a Terra”, disse o coautor do estudo, Daniel Lecoanet. “Este trabalho propõe uma nova hipótese sobre como o campo magnético do Sol é gerado, que melhor corresponde às observações solares e, esperamos, possa ser usada para fazer melhores previsões da atividade solar.”
Especialista em dinâmica de fluidos astrofísica, Lecoanet é professor assistente de ciências da engenharia e matemática aplicada na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern e membro do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica. Geoffrey Vasil, professor de matemática da Universidade de Edimburgo, na Escócia, liderou o estudo.
História intrigante
Durante séculos, os astrônomos estudaram os sinais reveladores da atividade magnética do Sol. Entre eles estava Galileu, que fez as primeiras observações detalhadas das manchas solares em 1612. Usando os primeiros telescópios e até mesmo a olho nu, Galileu documentou as manchas escuras mutantes causadas pelo campo magnético em constante mudança do Sol.
Ao longo dos anos, os astrónomos fizeram progressos significativos na compreensão das origens do dínamo solar – o processo físico que gera o campo magnético – mas as limitações permaneceram. Teorias que sugerem que o dínamo tem uma origem profunda, por exemplo, prevêem características solares que os astrónomos nunca observaram, como fortes campos magnéticos em latitudes elevadas.
Esta imagem de 20 de junho de 2013, às 23h15 EDT, mostra a luz brilhante de uma explosão solar no lado esquerdo do sol e uma erupção de material solar atravessando a atmosfera do sol, chamada de erupção de proeminência. Crédito: NASA/Goddard/SDO
Peças faltando
Para resolver este enigma, a equipe de pesquisa desenvolveu novas simulações numéricas de última geração para modelar o campo magnético do Sol. Ao contrário dos modelos anteriores, o novo modelo leva em conta oscilações de torção, um padrão cíclico de como o gás e plasma fluem dentro e ao redor do sol. Como o Sol não é sólido como a Terra e a Lua, ele não gira como um só corpo. Em vez disso, a sua rotação varia com a latitude. Tal como o ciclo magnético solar de 11 anos, as oscilações torcionais também experimentam um ciclo de 11 anos.
“Como a onda tem o mesmo período do ciclo magnético, pensa-se que estes fenómenos estão ligados”, disse Lecoanet. “No entanto, a tradicional ‘teoria profunda’ do campo magnético solar não explica de onde vêm essas oscilações torcionais. Uma pista intrigante é que as oscilações de torção ocorrem apenas perto da superfície do Sol. Nossa hipótese é que o ciclo magnético e as oscilações torcionais são manifestações diferentes do mesmo processo físico.”
Quando Kyle Augustson, um pós-doutorado no laboratório de Lecoanet em Northwestern, executou as simulações numéricas, os pesquisadores descobriram que seu novo modelo fornecia uma explicação quantitativa para as propriedades observadas nas oscilações de torção. O modelo também explica como as manchas solares seguem os padrões da atividade magnética do Sol — outro detalhe que falta na teoria da origem profunda.
Melhorando as previsões
Com uma melhor compreensão do dínamo solar, os investigadores esperam melhorar as previsões para tempestades solares. Quando as explosões solares e as ejeções de massa coronal são lançadas em direção à Terra, podem danificar gravemente a infraestrutura elétrica e de telecomunicações, incluindo GPS ferramentas de navegação. As recentes tempestades solares deste mês, por exemplo, derrubou sistemas de navegação para equipamentos agrícolas – logo no pico da época de plantio.
Mas os investigadores consideram uma tempestade solar ainda mais poderosa que atingiu o Canadá em setembro de 1859 como um alerta. Apelidada de Evento Carrington, a intensa tempestade danificou o incipiente sistema telegráfico do país. Com aviso suficiente, os engenheiros poderiam tomar medidas para evitar danos catastróficos no futuro.
“Embora as recentes tempestades solares tenham sido poderosas, estamos preocupados com tempestades ainda mais poderosas como o Evento Carrington”, disse Lecoanet. “Se uma tempestade de intensidade semelhante atingisse os Estados Unidos hoje, causaria danos estimados entre 1 bilião e 2 biliões de dólares. Embora muitos aspectos da dinâmica solar permaneçam envoltos em mistério, o nosso trabalho faz grandes progressos na resolução de um dos mais antigos problemas não resolvidos da física teórica e abre caminho para melhores previsões da perigosa actividade solar.”
Para mais informações sobre esta pesquisa:
Referência: “O dínamo solar começa perto da superfície” por Geoffrey M. Vasil, Daniel Lecoanet, Kyle Augustson, Keaton J. Burns, Jeffrey S. Oishi, Benjamin P. Brown, Nicholas Brummell e Keith Julien, 22 de maio de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07315-1
O estudo foi apoiado pela NASA (números de concessão 80NSSC20K1280, 80NSSC22K1738 e 80NSSC22M0162). Os cálculos foram conduzidos com o apoio do Programa de Computação de Alta Qualidade da NASA por meio da Divisão de Supercomputação Avançada da NASA (NAS) no Ames Research Center.
