A atmosfera do Sol: Simulação computacional da arquitetura do campo magnético na coroa média em 17 de agosto de 2018. As características semelhantes a raios neste instantâneo são a arquitetura magnética subjacente da teia coronal observada. Na coroa média, as linhas de campo magnético predominantemente fechadas próximas ao Sol dão lugar às linhas de campo predominantemente abertas da coroa externa. Crédito: Nature Astronomy, Chitta et al.

Usando dados observacionais dos satélites meteorológicos americanos GOES, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Instituto Max Planck de Pesquisa do Sistema Solar (MPS) na Alemanha deu um passo importante para desvendar um dos segredos mais persistentes do sol: como nossa estrela lança o partículas que constituem o vento solar para o espaço? Os dados fornecem uma visão única de uma região-chave da coroa solar à qual os pesquisadores tiveram pouco acesso até agora.

A equipe capturou pela primeira vez uma rede dinâmica semelhante a uma teia de estruturas de plasma alongadas e entrelaçadas. Juntamente com dados de outras sondas espaciais e extensas simulações de computador, surge uma imagem clara: onde as estruturas alongadas da teia coronal interagem, a energia magnética é descarregada e as partículas escapam para o espaço.

Os Satélites Ambientais Operacionais Geoestacionários (GOES) da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos EUA (NOAA) tradicionalmente se preocupam com outras coisas além do sol. Desde 1974, o sistema orbita nosso planeta a uma altitude de cerca de 36.000 quilômetros e fornece continuamente dados relacionados à Terra, por exemplo, para previsão do tempo e tempestades.

Ao longo dos anos, a configuração original foi expandida para incluir satélites mais recentes. Os três mais recentes atualmente em operação são equipados adicionalmente com instrumentos que olham para o sol para a previsão do tempo espacial. Eles podem obter imagens da radiação ultravioleta da coroa de nossa estrela .

Uma campanha de observação exploratória para obter imagens da coroa solar estendida ocorreu em agosto e setembro de 2018. Por mais de um mês, o Solar Ultraviolet Imager (SUVI) do GOES não apenas olhou diretamente para o sol como costuma fazer, mas também capturou imagens de ambos os lados disso.

"Tivemos a rara oportunidade de usar um instrumento de forma incomum para observar uma região que não foi realmente explorada", disse o Dr. Dan Seaton do SwRI, que atuou como cientista-chefe da SUVI durante a campanha de observação. "Nem sabíamos se funcionaria, mas sabíamos que, se funcionasse, faríamos descobertas importantes."

Ao combinar as imagens dos diferentes ângulos de visão, o campo de visão do instrumento pode ser significativamente ampliado e, assim, pela primeira vez, toda a coroa média, uma camada da atmosfera solar de 350 mil quilômetros acima da superfície visível do sol, pode ser fotografada em luz ultravioleta.

Outras espaçonaves que estudam o sol e coletam dados da coroa, como o Solar Dynamics Observatory (SDO) da NASA, bem como o Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) da NASA e da ESA, examinam camadas mais profundas ou superiores. "Na coroa média, a pesquisa solar teve uma espécie de ponto cego. Os dados do GOES agora fornecem uma melhoria significativa", disse o Dr. Pradeep Chitta do MPS, principal autor do novo estudo. Na coroa média, os pesquisadores suspeitam de processos que impulsionam e modulam o vento solar .

O vento solar é uma das características de maior alcance da nossa estrela. O fluxo de partículas carregadas que o sol lança no espaço viaja até a borda do nosso Sistema Solar, criando a heliosfera, uma bolha de plasma rarefeito que marca a esfera de influência do sol. Dependendo de sua velocidade, o vento solar é dividido em componentes rápidos e lentos.

O chamado vento solar rápido, que atinge velocidades superiores a 500 quilômetros por segundo, tem origem no interior dos buracos coronais, regiões que aparecem escuras na radiação ultravioleta coronal. As regiões de origem do vento solar lento são menos certas. Mas mesmo as partículas do lento vento solar correm pelo espaço a velocidades supersônicas de 300 a 500 quilômetros por segundo.

Esse componente mais lento do vento solar ainda levanta muitas questões. O plasma coronal quente acima de um milhão de graus precisa escapar do sol para formar o lento vento solar. Que mecanismo está funcionando aqui? Além disso, o lento vento solar não é homogêneo, mas revela, pelo menos em parte, uma estrutura semelhante a um raio de flâmulas claramente distinguíveis. Onde e como eles se originam? Estas são as questões abordadas no novo estudo.

Nos dados do GOES, pode-se ver uma região próxima ao equador que despertou o interesse particular dos pesquisadores: dois buracos coronais, onde o vento solar se afasta do sol sem impedimentos, próximo a uma região com grande intensidade de campo magnético. As interações entre sistemas como esses são consideradas possíveis pontos de partida do vento solar lento.

Acima desta região, os dados do GOES mostram estruturas de plasma alongadas na coroa média apontando radialmente para fora. A equipe de autores se refere a esse fenômeno, que agora foi fotografado diretamente pela primeira vez, como uma teia coronal. A teia está em constante movimento: suas estruturas interagem e se reagrupam.

Os pesquisadores há muito sabem que o plasma solar da coroa externa exibe uma arquitetura semelhante. Há décadas, o coronógrafo LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) a bordo da espaçonave SOHO, que comemorou seu 25º aniversário no ano passado, fornece imagens dessa região em luz visível. Os cientistas interpretam os jatos na coroa externa como a estrutura do lento vento solar que começa sua jornada no espaço lá. Como o novo estudo agora mostra de forma impressionante, essa estrutura já prevalece na coroa média.

Para entender melhor o fenômeno, os pesquisadores também analisaram dados de outras sondas espaciais: o Solar Dynamics Observatory (SDO) da NASA forneceu uma visão simultânea da superfície do sol; a espaçonave STEREO-A, que precede a Terra em sua órbita ao redor do sol desde 2006, ofereceu uma perspectiva lateral.

Usando técnicas computacionais modernas que incorporam observações de sensoriamento remoto do sol, os pesquisadores podem usar supercomputadores para construir modelos 3D realistas do campo magnético indescritível na coroa solar. Neste estudo, a equipe usou um modelo magnetohidrodinâmico avançado (MHD) para simular o campo magnético e o estado de plasma da coroa para este período de tempo.

"Isso nos ajudou a conectar a dinâmica fascinante que observamos na coroa média com as teorias predominantes da formação do vento solar", disse o Dr. Cooper Downs da Predictive Science Inc., que realizou as simulações de computador.

Como mostram os cálculos, as estruturas da teia coronal seguem as linhas do campo magnético. “Nossa análise sugere que a arquitetura do campo magnético na coroa média é impressa no vento solar lento e desempenha um papel importante na aceleração das partículas no espaço”, disse Chitta. De acordo com os novos resultados da equipe, o plasma solar quente na coroa central flui ao longo das linhas de campo magnético aberto da teia coronal. Onde as linhas de campo se cruzam e interagem, a energia é liberada.

Há muito para sugerir que os pesquisadores estão em um fenômeno fundamental. “Durante os períodos de alta atividade solar, os buracos coronais geralmente ocorrem perto do equador, nas proximidades de áreas de alta intensidade de campo magnético”, disse Chitta. “Portanto, é improvável que a rede coronal que observamos seja um caso isolado”, acrescenta.

A equipe espera obter informações mais detalhadas de futuras missões solares. Alguns deles, como a missão Proba-3 da ESA planejada para 2024, estão equipados com instrumentos que visam especificamente a coroa média. O MPS está envolvido no processamento e análise dos dados desta missão. Juntamente com dados observacionais de sondas atualmente em operação, como a Parker Solar Probe da NASA e a Solar Orbiter da ESA, que saem da linha Terra-sol, isso permitirá uma melhor compreensão da estrutura tridimensional da teia coronal.

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy .