Duas sondas estão ajudando cientistas a entender melhor o fenômeno que impulsiona o vento solar
Medições da sonda da Nasa e outra da Agência Espacial Europeia (ESA) permitiram aos cientistas identificar de onde pode estar vindo a energia que acelera e aquece o vento solar depois que ele sai do Sol.
Texto: Yeimy J. Rivera/Michael L. Stevens/Samuel Badman/The Conversation
Nosso Sol emite um fluxo constante de plasma, ou gás ionizado, chamado de vento solar, que atinge todo Sistema Solar. Fora da magnetosfera protetora da Terra, o vento solar passa correndo a velocidades que chegam a mais de 500 quilômetros por segundo. Mas os cientistas ainda não conseguiram descobrir de onde vento solar obtém energia suficiente para atingir essa velocidade – até agora.
O trabalho de Parker sugeriu que essa temperatura extrema poderia criar uma pressão térmica externa forte o suficiente para superar a gravidade e fazer com que a camada externa da atmosfera do Sol escapasse.
À medida que os cientistas faziam medições cada vez mais detalhadas do vento solar próximo à Terra, no entanto, rapidamente surgiram lacunas na ciência do vento solar. Em particular, eles encontraram dois problemas com a parte mais rápida do vento solar.
Primeiro, o vento solar continua a se aquecer depois de deixar a coroa do Sol, sem explicação. E, mesmo com esse calor adicional, o vento mais rápido ainda não teria energia suficiente para os cientistas explicarem como ele é capaz de acelerar a velocidades tão altas quanto as registradas.
Essas duas observações significavam que alguma fonte de energia extra deveria existir além dos modelos de Parker.
Ondas Alfvén
O Sol e seu vento solar são plasmas. Os plasmas são como gases, mas todas as partículas nos plasmas têm uma carga e respondem a campos magnéticos.
Semelhante à forma como as ondas sonoras viajam pelo ar e transportam energia na Terra, os plasmas têm o que chamamos de ondas Alfvén se movendo através deles. Durante décadas, as ondas Alfvén foram consideradas como influenciadoras na dinâmica do vento solar e desempenharem um papel importante no transporte de energia no vento solar.
Os cientistas, porém, não sabiam dizer se essas ondas estavam de fato interagindo diretamente com o vento solar ou se geravam energia suficiente para alimentá-lo. Para responder a essas perguntas, eles precisariam medir o vento solar muito próximo ao Sol.
A Solar Orbiter viaja entre 1 unidade astronômica (UA) – cerca de 150 milhões de quilômetros, a distância média da órbita da Terra do Sol – e 0,3 unidade astronômica, chegando um pouco mais perto do Sol do que Mercúrio. Já a Parker Solar Probe mergulha mais fundo no interior do Sistema Solar. A sonda chega a apenas cinco diâmetros solares do Sol, entrando nas bordas externas da coroa. Cada diâmetro solar equivale a cerca de 1,4 milhão de quilômetros.
As missões Parker Solar Probe da NASA e Solar Orbiter da ESA mediram o mesmo fluxo de plasma que se afasta do Sol a distâncias diferentes. A Parker mediu muitas ondas magnéticas perto da borda da coroa – chamada de superfície Alfvén – enquanto a Solar Orbiter, localizada além da órbita de Vênus, observou que as ondas haviam desaparecido e que sua energia havia sido usada para aquecer e acelerar o plasma. Imagem: Arya De Francesco
Com essas duas missões operando juntas, não apenas cientistas como nós podem investigar o vento solar próximo ao Sol, mas também podemos estudar como ele muda entre o ponto em que Parker o vê e o ponto em que o Solar Orbiter o vê.
Os cientistas usaram a Parker para medir o campo magnético do vento solar. Em alguns pontos, eles notaram que as linhas de campo – ou linhas de força magnética – oscilavam em amplitudes tão altas que invertiam brevemente a direção. Os cientistas chamaram esses fenômenos de magnetic switchbacks (reversões magnéticas). Com a Parker, eles observaram essas flutuações de plasma contendo energia em toda parte do vento solar próximo ao Sol.
As reversões magnéticas são breves inversões no campo magnético do vento solar.
Nossa equipe de pesquisa queria descobrir se essas reversões continham energia suficiente para acelerar e aquecer o vento solar à medida que ele se afastava do Sol. Também queríamos examinar como o vento solar se modificava à medida que esses comutadores cediam sua energia. Isso nos ajudaria a determinar se a energia das reversões estava sendo usada para aquecer o vento, acelerá-lo ou ambos.
Para responder a essas perguntas, identificamos uma configuração única de órbitas em que ambas as sondas cruzavam a mesma porção do vento solar, mas a distâncias diferentes do Sol.
O segredo das reversões
A Parker, próxima ao Sol, observou que cerca de 10% da energia do vento solar estava armazenada nas reversões magnéticas, enquanto a Solar Orbiter mediu essa energia em menos de 1%. Essa diferença significa que, entre a Parker e a Solar Orbiter, essa energia das ondas foi transferida para outras formas de energia.
Comparando os conjuntos de dados e os modelos, pudemos ver especificamente que essa energia contribuiu tanto para a aceleração quanto para o aquecimento do vento solar. Sabíamos que ela contribuía para a aceleração porque o vento era mais rápido na Solar Orbiter do que na Parker. E sabíamos que ela contribuía para o aquecimento, pois o vento era mais quente na Solar Orbiter do que teria sido se as ondas não estivessem presentes.
Essas medições nos informaram que a energia das reversões era necessária e suficiente para explicar a evolução do vento solar à medida que ele se afasta do Sol.
Nossas medições não apenas informam os cientistas sobre a física do vento solar e como o Sol pode afetar a Terra, mas também pode ter implicações em todo o Universo.
Muitas outras estrelas têm ventos estelares que levam seu material para o espaço. A compreensão da física do vento solar de nossa estrela local também nos ajuda a entender o vento estelar em outros sistemas. Aprender sobre o vento estelar pode dar aos pesquisadores mais informações sobre a habitabilidade de exoplanetas.
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