Como começam as tempestades solares


NASA/Goddard Space Flight Center

Observando o coração das tempestades solares

 IMAGEM: Sobreposição de imagens de duas espaçonaves da NASA que confirmam o avistamento de uma reconexão magnética no Sol. A imagem de fundo é do SDO, enquanto que a imagem do RHESSI aparec superposta na cor laranja.

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Duas espaçonaves de NASA forneceram o filme mais abrangente jamais obtido sobre um misterioso processo, bem no coração de todas as explosões solares: a reconexão magnética. Uma reconexão magnética ocorre quando linhas do campo magnético se juntam, se rompem e trocam de par, pulando para novas posições e liberando um pulso de energia magnética. Este processo reside no coração das gigantes explosões do sol, tais como erupções solares e ejeções de massa coronal, as quais podem lançar radiação e partículas por todo o sistema solar.

Os cientistas querem entender melhor este processo, de maneira que possam emitir alertas antecipados sobre essas tempestades solares que podem afetar os satélites próximos da Terra e interferir com as comunicações via rádio. Uma das razões para que seja tão difícil estudar a reconexão magnética é que ela não pode ser observada diretamente, uma vez que os campos magnéticos são invisíveis. Assim sendo, os cientistas usam uma combinação de modelos de computador e umas poucas amostras de observações de eventos de reconexão magnética para tentar entender o que está acontecendo.

“A comunidade ainda está tentando compreender como a reconexão magnética causa as tempestades solares”, explica Yang Su, um cientista solar da Universidade de Graz na Áustria. “Temos vários indícios, mas o quadro ainda não está completo”.

Agora Su conseguiu juntar uma nova peça de indício visual. Ao buscar entre as observações feitas pelo SDO (acrônimo de “Solar Dynamics Observatory” = “Observatório Solar Dinâmico”) da NASA, Su viu algo particularmente difícil de obter dos dados: imagens diretas da reconexão magnética quando ela estava acontecendo no Sol. Su e seus colegas relataram esses resultados na ediçao de 14 de julho da Nature Physics. Embora algumas intrigantes imagens da reconexão já tenham sido vistas, este artigo mostra o primeiro conjunto abrangente de dados que podem ser usados para restringir e aperfeiçoar os modelos deste processo fundamentas do Sol.

As linhas dos campos magnéticos, elas próprias, são mesmo invisíveis, no entanto elas naturalmente forçam partículas carregadas – o material chamado de plasma do qual é constituído o Sol – a percorrer sua extensão. Os telescópios espaciais podem ver esse material que aparece como linhas brilhantes que fazem arcos e laços através da atmosfera do Sol, e, desta forma, mapear a presença das linhas de campo magnético. Examinando uma série de imagens, Su viu dois pacotes de linhas de campo se moverem, um na direção do outro, se encontrarem brevemente, formando algo com a aparência de um “X”, e se separarem com um conjunto de linhas e as partículas por ele portadas se lançando ao espaço, enquanto o outro conjunto mergulhava de volta para o Sol.

“Frequentemente é difícil dizer o que realmente está acontecendo em três dimensões, a partir dessas imagens, já que elas são bidimensionais”, explica Gordon Holman, um cientista solar no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland., também autor do artigo. “Mas, se você olhar por tempo suficiente e comparar com dados de outros instrumentos, pode apresentar uma ideia bastante boa sobre o que está acontecendo”.

 IMAGEM: Quando linhas de campo magnético no sol se juntam, elas se realinham em uma nova configuração. Este processo, conhecido como reconexão magnética pode liberar espantosas quantidades de energia, dando origem a tempestades solares e ejeções de massa coronal.

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Para confirmar o que eles estavam vendo, os cientistas se valeram de uma outra espaçonave da NASA, o Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (Imageador Espectroscópico Solar de Alta Energia “Reuven Ramathy”), conhecido por RHESSI. O RHESSI coleta espectrogramas, um tipo de dado que pode mostrar onde um material excepcionalmente quente está, a qualquer dado momento no Sol. O RHESSI exibia bolsões quentes de material solar se formando acima e e abaixo do ponto de reconexão, uma assinatura reconhecida deste evento. Combinando os dados do SDO e do RHESSI, os cientistas foram capazes de descrever o processo do que estavam observando, confirmando por ampla margem os modelos e teorias anteriores, e revelando novos aspectos tridimensionais do processo.

Abaixo da superfície do Sol, o material carregado, o plasma, está fluindo. Laços magnéticos emergem desta fluxo e estabelecem áreas de polos magnéticos positivos, ao lado de outros negativos. Os laços se arqueiam por sobre o Sol, de um polo a outro. Na medida em que o material do Sol continua a fluir sob a superfície, os polos positivo e negativo escorregam, passando uns pelos outros – mal comparando, da forma que as placas tectônicas da Terra deslizam umas pelas outras – só que, no Sol, é claro que o material é gases aquecidos, não rochas sólidas. Isto faz com que os arcos acima cresçam, se retorçam lateralmente e fiquem mais instáveis. O próprio ato desse deslisamento, ou ruptura, põe mais energia ainda no sistema, enrolado e pronto para se expandir de repente, como um elástico de borracha torcido, antes de ser liberado. Eventualmente, as linhas de campo magnético nos arcos colapsam para dentro, se tocam e reconectam, enquanto emitem um brilhante clarão de energia liberada, o que, por sua vez, envia radiação e partículas energéticas pelo espaço afora.

Nos filmes do SDO, a luz ilumina a arcada dos laços, na medida em que o processo de reconexão cascateia por sua extensão. Laços luminosos se inclinam para a região de reconexão a partir de ambos os lados. Na medida em que as linhas de campo magnéticos se reconfiguram, novos laços são ejetados para baixo, enquanto um cordão de plasma se separa e brota para cima. Em certos casos, o cordão atinge a velocidade de escape e se torna uma ejeção de massa coronal, enviando bilhões de toneladas de matéria pelo espaço a fora.

“Esta foi a primeira vez que pudemos ver toda a estrutura deste processo em detalhe, por causa da alta qualidade dos dados do SDO”, diz Su. “Isto confirma todo o quadro da reconexão, com indícios visuais”.

Su acrescenta que, com estas imagens, se pode fazer estimativas sobre o quão rápido os campos magnéticos se reconectam, assim como quanto material entra e quanto sai do processo. Uma informação assim pode ser inserida nos modelos de reconexão magnética e ajudar a refinar as teorias sobre o processo.

Os cientistas querem aprender mais sobre a reconexão magnética, não só pelo que ela causa no sol, mas porque se trata de um processo universal que ocorre perto da Terra, dentro de seu ambiente magnético, a magnetosfera, e em todas as estrelas do universo. Como é um processo muito difícil de ver no Sol e também muito difícil de recriar e estudar em laboratório, os pesquisadores planejam observar a reconexão magnética mais de perto no espaço. Para fazê-lo, a NASA vai lançar a missão Magnetospheric Multiscale (MMS) no final de 2014. A missão MMS  compreende quatro naves espaciais que irão passar bem por dentro de eventos de reconexão magnética que ocorrem na magnetosfera terrestre. Reunindo os dados captados por diversas espaçonaves – SDO, RHESSI, MMS e outras – para analisar o problema, os cientistas serão capazes de compreender melhor a própria origem do “tempo” espacial que experimentamos na Terra. .

Estes resultados foram obtidos por um projeto de pesquisa conjunto da Comissão Européia e da NASA, chamado HESPE, abreviatura de High Energy Solar Physics Data in Europe (Dados Físicos de alta Energia Solar Europeus).

 

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