Investigando a atmosfera do Sol Understand article

Traduzido por: Ana Luísa Carvalho. Alguma vez pensou sobre o que significa, para nós na Terra, o vento solar ou o que acontece quando, esporadicamente, a superfície do Sol entra em erupção? Lucie Green do Laboratório de Ciência Espacial Mullard (Mullard Space Science Laboratory) do…

Uma ejecção de massa da coroa
Imagem cortesia de SOHO (
ESA & NASA)

Decorre actualmente um programa especial de investigação do Sol e da sua influência no Sistema Solar. Iniciado pelas Nações Unidas, o programa designa-se Ano Internacional da Heliofísicaw1 e nele participam cientistas de toda a Europa. Um dos tópicos de interesse é a atmosfera do Sol; muitas questões sobre a nossa estrela local carecem ainda de resposta.

Uma dessas questões surgiu em 1869, quando observações espectroscópicas de um eclipse total do Sol revelaram uma linha no espectro, desconhecida nos laboratórios. Inicialmente, pensou-se que seria um novo elemento ao qual, provisoriamente, se deu o nome de ‘coronium’, mas, mais tarde, descobriu-se que essa linha era produzida por iões de ferro altamente ionisados, cuja formação exige elevadas temperaturas (cerca de 1 milhão de Kelvin). Esta descoberta em 1939 foi o primeiro indício de que os gases na atmosfera solar se encontravam a temperaturas muito superiores aos 6000 Kelvin da superfície. No entanto, isto era intrigante. À medida que nos afastamos da fonte de calor (o núcleo do Sol), a temperatura deveria baixar. E assim é até ao topo da fotosfera, mas, a partir daí, a temperatura aumenta com o aumento da distância ao núcleo. Isto vai contra a segunda lei da Termodinâmica; um corpo mais frio não pode aquecer um corpo mais quente. Surge então a questão, o que aquece a coroa solar? Este é hoje conhecido como o problema do aquecimento da coroa solar.

Apesar da descoberta da primeira linha de emissão ter sido feita a comprimento de onda visível, a maior parte das emissões da coroa ocorrem a comprimentos de onda no ultravioleta e raios-X. Quando, em 1957, se iniciou a era espacial, os telescópios de raios-X em foguetões e satélites recolheram dados fora da atmosfera absorvente da Terra e permitiram que os cientistas iniciassem o estudo dos processos em causa. As observações efectuadas, rapidamente mostraram a existência de emissões intensas de raios-X em regiões da atmosfera solar onde os campos magnéticos se encontram mais concentrados. Será que existe uma ligação entre os campos magnéticos e o aquecimento?

A cromosfera vista
a partir da nave SOHO

Imagem cortesia de
SOHO (ESA & NASA)
Estruturas na atmosfera solar
criadas pelos campos magnéticos

Imagem cortesia de
SOHO (ESA & NASA)
A coroa vista a
partir da nave SOHO

Imagem cortesia de
SOHO (ESA & NASA)

As observações feitas a partir das naves espaciais como a missão SOHO da ESA (Agência Espacial Europeia) / NASA (Agência de Aeronáutica e Administração do Espaço dos EUA) em 1995 são usadas para testar várias teorias. As teorias distribuem-se em duas categorias: modelos de stresse, nos quais a energia é extraída de campos magnéticos que rodeiam a coroa, e modelos de ondas, nos quais a energia é depositada por ondas que se propagam de baixo para cima. Actualmente, crê-se que a energia provém de campos magnéticos que são constantemente agitados e desviados, mas a investigação prossegue.

Além da sua elevada conductividade térmica, uma das consequências da coroa solar quente é a de se encontrar em constante expansão para o espaço. Esta expansão designa-se por vento solar e é de dois tipos: o vento lento que viaja a cerca de 400 km/s e o vento rápido que viaja a cerca de 800 km/s. Actualmente, ainda não compreendemos bem quais os mecanismos de aceleração destes dois tipos de vento nem a sua localização, mas ambos estão a ser investigados.

Uma erupção solar a
ocorrer na atmosfera do Sol

Imagem cortesia de
SOHO (ESA & NASA)

O vento solar atinge todos os planetas e outros corpos do Sistema Solar. Alguns planetas, como a Terra, geram o seu próprio campo magnético: aqueles que possuem um núcleo de ferro fundido (como a Terra) ou uma atmosfera de hidrogénio tão comprimida que actua como um metal (como Júpiter). Isto forma uma bolha magnética em torno do planeta, em volta da qual normalmente circula o vento solar. O planeta e o seu campo magnético actuam como um rochedo num rio, desviando a corrente. No entanto, o vento solar também traz consigo um campo magnético e, se a sua orientação for marcadamente de sul, este alinhar-se-á com o campo magnético terrestre. Nestas alturas, produzem-se as auroras (Boreal, no norte, e Austral, no sul). Neste momento, os trabalhos de investigação procuram determinar como ocorre a transferência de energia do vento solar para o campo magnético terreste e para a atmosfera.

Também se procura saber como o vento solar afecta os planetas que não possuem campo magnético. Por exemplo, a missão Venus Express encontra-se actualmente na órbita de Vénus e mede a erosão da atmosfera venesiana pelo vento solar.

As violentas erupções de plasma e campo magnético conhecidas como ejecções de massa da coroa, ou CMEs (de Coronal Mass Ejections), são a forma de actividade mais dramática que ocorre na atmosfera do Sol. Descobertas originalmente na década de 1970, verificou-se que a sua frequência varia de forma cíclica (com o que é conhecido como ciclo solar): as CMEs ocorrem, pelo menos, uma vez em cada três dias, até um máximo de três a cinco vezes por dia. Estas erupções podem dirigir-se para a Terra e, tal como ocorre com o vento solar, podem interferir com o campo magnético terrestre. Nestas condições, as consequências na Terra podem ser drásticas; o aquecimento e expansão da atmosfera terrestre provocam alterações nas órbitas dos satélites. O efeito bastante real das CMEs torna-as um objecto de estudo muito interessante e toda uma frota observa actualmente o Sol e a Terra apenas com este objectivo.

Sabe-se que as CMEs estão relacionadas com os campos magnéticos do Sol, criados por correntes eléctricas naquilo que é designado o dínamo solar, bem no seu interior. Grupos de campos concentrados sobem e emergem através da fotosfera, estendendo-se até à coroa. Este campo magnético é continuamente injectado na atmosfera e pensa-se que as CMEs constituem uma forma de remover esse campo, evitando uma acumulação. Os estudos das missões SOHO, TRACE, STEREO e Hinode monitorizam as alterações das estruturas do campo magnético ao longo do tempo.

Na missão STEREO, duas naves orbitam o Sol de uma forma que lhes permite afastarem-se da Terra (uma órbita encontra-se ligeiramente mais próxima do Sol do que a Terra, e a outra órbitra encontra-se ligeiramente mais afastada). Isto significa que as duas naves observam o Sol a partir de posições diferentes no espaço e, tal como os nossos dois olhos nos dão uma sensação de profundidade de campo e perspectiva, as naves STEREO dão-nos uma visão 3D das estruturas magnéticas em erupção (ver imagem no fundo da página 53). A visão 3D permite estudar os aspectos físicos da erupção, usando o conhecimento sobre a estrutura dos campos magnéticos. A missão STEREO permite também prever quais as CMEs que irão colidir com a Terra. Este conhecimento pode ser usado pelos operadores de satélite ou organizações que gerem as redes de distribuição de energia eléctrica: por exemplo, as órbitas dos satélites podem ser especificamente monitorizadas, quando se sabe que as CMEs irão colidir com a Terra.

Um detalhe da cromosfera
Imagem cortesia de Hinode
JAXA/NASA

A nave Hinode é o equivalente, para o Sol, do Telescópio Espacial Hubble e permite o estudo, ao longo do tempo e em grande detalhe, da evolução das imensas estruturas magnéticas atmosféricas. Pensa-se que a única forma de conseguir energia suficiente para expelir os biliões de toneladas de material solar de uma CME é usando a energia armazenada nos campos magnéticos distorcidos. A Hinode efectua medições na distorção do campo e os resultados são combinados com os resultados da missão STEREO. Quando soubermos porque ocorrem as CMEs, podemos prever quais as estruturas magnéticas que irão entrar em erupção e, eventualmente, quais terão maiores efeitos na Terra.

O vento solar contínuo e as CMEs esporádicas significam que a Terra está sempre a sentir a influência do Sol. De facto, podemos dizer que nos encontramos sentados na atmosfera do Sol, a qual se expande no Sistema Solar. Assim, tal como a ciência fundamental tenta compreender a nossa estrela local, nós também queremos perceber qual o nosso lugar no Sistema Solar.

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