No cerne da compreensão do ambiente espacial estãoo conhecimento de que as condições do espaço - do sol a s atmosferas dos planetas e do ambiente de radiação no espaço profundo - estãoconectadas.

Estudar essa conexão - um campo da ciência chamado heliofa­sica - éuma tarefa complexa: os pesquisadores rastreiam erupções repentinas de material, radiação epartículas no contexto do fluxo onipresente de material solar.

Uma confluaªncia de eventos no ini­cio de 2020 criou um laboratório espacial quase ideal, combinando o alinhamento de alguns dos melhores observata³rios da humanidade - incluindo o Parker Solar Probe, durante seu quarto sobreva´o solar - com um período silencioso na atividade solar, quando émais fa¡cil estudar essas condições de fundo. Essas condições forneceram uma oportunidade única para os cientistas examinarem como o sol influencia as condições em pontos do Espaço, com maºltiplos a¢ngulos de observação e a diferentes distâncias do sol.

O sol éuma estrela ativa cujo campo magnético se espalha por todo o sistema solar , transportado pelo fluxo constante de material do sol chamado vento solar . Afeta naves espaciais e molda os ambientes dos mundos em todo o sistema solar. Observamos o sol, o espaço pra³ximo a  Terra e outros planetas, e atéas bordas mais distantes da esfera de influaªncia do Sol por décadas. E 2018 marcou o lana§amento de um novo observata³rio revoluciona¡rio: o Parker Solar Probe, com um plano para finalmente voar para cerca de 5,83 milhões de quila´metros dasuperfÍcie visível do sol.

Parker já teve quatro encontros a­ntimos com o sol. (Os dados dos primeiros encontros de Parker com o sol já revelaram uma nova imagem de sua atmosfera.) Durante seu quarto encontro solar, que abrange partes de janeiro e fevereiro de 2020, a sonda passou diretamente entre o sol e a Terra. Isso deu aos cientistas uma oportunidade única: o vento solar que a Parker Solar Probe mediu quando estava mais pra³ximo do Sol chegaria, dias depois, a  Terra, onde o pra³prio vento e seus efeitos poderiam ser medidos tanto pela sonda espacial quanto pelos observata³rios terrestres. Além disso, os observata³rios solares na Terra e nas proximidades teriam uma visão clara dos locais no sol que produziram o vento solar medido pela Parker Solar Probe.

"Sabemos pelos dados da Parker que existem certas estruturas originadas nasuperfÍcie solar ou próximas a ela. Precisamos examinar as regiaµes de origem dessas estruturas para entender completamente como elas se formam, evoluem e contribuem para a dina¢mica do plasma no vento solar, "disse Nour Raouafi, cientista do projeto da missão Parker Solar Probe no Laborata³rio de Fa­sica Aplicada Johns Hopkins em Laurel, Maryland. "Observatórios terrestres e outras missaµes espaciais fornecem observações de apoio que podem ajudar a desenhar a imagem completa do que Parker estãoobservando."

Esse alinhamento celeste seria de interesse dos cientistas sob quaisquer circunsta¢ncias, mas também coincidiu com outro período astrona´mico de interesse dos cientistas: o ma­nimo solar. Este éo ponto durante os ciclos regulares de atividade de aproximadamente 11 anos do Sol, quando a atividade solar estãoem seunívelmais baixo - então erupções repentinas no Sol, como explosaµes solares, ejeção de massa coronal e eventos departículas energanãticas, são menos prova¡veis. E isso significa que estudar o sol pra³ximo ao ma­nimo solar éum benefa­cio para os cientistas que podem assistir a um sistema mais simples e, assim, desembaraçar quais eventos causam quais efeitos.

"Este período fornece condições perfeitas para rastrear o vento solar do sol para a Terra e os planetas", disse Giuliana de Toma, cientista solar do Observatório de Alta Altitude em Boulder, Colorado, que liderou a coordenação entre os observata³rios para esta campanha de observação. "a‰ um momento em que podemos acompanhar o vento solar com mais facilidade, pois não temos distúrbios causados ​​pelo sol".

Por décadas, os cientistas reuniram observações durante esses períodos de ma­nimo solar, um esfora§o co-liderado por Sarah Gibson, uma cientista solar do Observatório de Alta Altitude e outros cientistas. Para cada um dos três períodos ma­nimos solares passados, os cientistas reuniram observações de uma lista cada vez maior de observata³rios no espaço e no solo, esperando que a riqueza de dados sobre o vento solar não perturbado revelasse novas informações sobre como ele se forma e evolui. Por esse período ma­nimo solar, os cientistas começam a reunir observações coordenadas a partir do ini­cio de 2019 sob o guarda-chuva Whole Heliosphere and Planetary Interactions, ou WHPI, para abreviar.

Essa campanha WHPI em particular compreendeu uma faixa de observações mais ampla do que nunca: cobrindo não apenas o sol e os efeitos na Terra, mas também os dados coletados em Marte e a natureza do espaço em todo o sistema solar - tudo em conjunto com os quarto e sobrevoo ainda mais pra³ximo do sol.

Os organizadores da WHPI reuniram observadores de todo o mundo - e além . A combinação de dados de dezenas de observata³rios na Terra e no espaço da¡ aos cientistas a chance de pintar a imagem mais abrangente de todos os tempos do vento solar: desde imagens de seu nascimento com telesca³pios solares atéamostras logo após deixar o sol com a Parker Solar Teste, para observações em vários pontos de seu estado de mudança no Espaço.

Continue lendo para ver exemplos dos tipos de dados capturados durante esta colaboração internacional de observata³rios do sol e do Espaço.

Os primeiros dados da passagem aproximada da Parker Solar Probe pelo sol durante a campanha WHPI mostram um sistema ea³lico solar mais dina¢mico do que o visível nas observações próximas a  Terra. Em particular, os cientistas esperam que o conjunto completo de dados - vinculado a  Terra em maio de 2020 - revele estruturas dina¢micas, como pequenas ejeções de massa coronal e cordas de fluxo magnético em seus esta¡gios iniciais de desenvolvimento, que não podem ser vistas com outros observata³rios assistindo de ainda mais longe. Conectar estruturas como essa, anteriormente pequenas ou distantes demais para serem vistas, com medições do vento solar e perto da Terra pode ajudar os cientistas a entender melhor como o vento solar muda ao longo de sua vida útil e como suas origens próximas ao sol afetam seu comportamento em todo o sistema solar.

As vistas em close-up da Parker Solar Probe sobre estruturas de vento solar são complementadas por observata³rios solares na Terra e no Espaço, que tem um campo de visão maior para capturar estruturas de vento solar.

Dados do Observatório Solar Mauna Loa no Havaa­ mostram um jato de material sendo ejetado perto do pa³lo sul do sol em 21 de janeiro de 2020. Jatos coronais como este são um recurso de vento solar que os cientistas esperam observar mais de perto com a Parker Solar Probe, como os mecanismos que os criam poderiam lana§ar mais luz sobre o nascimento e a aceleração do vento solar.

"Seria extremamente feliz se a Parker Solar Probe observasse esse jato, pois forneceria informações sobre o plasma e o campo dentro e ao redor do jato não muito tempo após sua formação", disse Joan Burkepile, cientista chefe do Observatório de Coronal Solar Magnetism K- instrumento coronagraph no Observatório Solar Mauna Loa, que capturou essas imagens.

Juntamente com as observações do vento solar da Parker Solar Probe e perto da Terra, os cientistas também tem imagens detalhadas do sol e de sua atmosfera de naves espaciais, como o Solar Dynamics Observatory da NASA e o Solar and Terrestrial Relations Observatory. O Observatório de Relações Solares e Terrestres da NASA, ou STEREO, tem uma visão distinta do sol de seu ponto de vista a cerca de 78 graus da Terra.

Durante essa campanha do WHPI, os cientistas aproveitaram esse a¢ngulo de visão aºnico. De 21 a 23 de janeiro - quando a Parker Solar Probe e o STEREO foram alinhados - a equipe da missão STEREO aumentou a duração da exposição e a frequência das imagens tiradas pelo seu coronagraph, revelando estruturas finas no vento solar a  medida que se afastam do sol.

Essas imagens diferenciais são criadas subtraindo os pixels de uma imagem anterior da imagem atual para destacar as alterações - aqui, revelando um pequeno CME que seria difa­cil de ver.

O Solar Dynamics Observatory, ou SDO, tem vistas de alta resolução de todo o sol, revelando detalhes finos sobre asuperfÍcie solar e a atmosfera solar mais baixa. Essas imagens foram capturadas em um comprimento de onda de luz ultravioleta extrema a 171 Angstroms, destacando as partes silenciosas da atmosfera externa do sol, a corona. Esses dados - juntamente com as imagens da SDO em outros comprimentos de onda - mapeiam grande parte da atividade do sol, permitindo que os cientistas conectem as medições de vento solar da Parker Solar Probe e outras naves espaciais com suas possa­veis origens no sol.

Idealmente, os cientistas poderiam usar essas imagens para identificar prontamente a regia£o do sol que produzia um determinado fluxo de vento solar medido pela Parker Solar Probe - mas identificar a fonte de qualquer fluxo de vento solar observado por uma Espaçonave não ésimples. Em geral, as linhas do campo magnético que orientam o movimento do vento solar fluem para fora da metade norte do sol, apontam na direção oposta a  da metade sul. No ini­cio de 2020, a posição da Parker Solar Probe estava exatamente na fronteira entre os dois - uma área conhecida como folha de corrente heliosfanãrica.

"Para este perianãlio, a Parker Solar Probe estava muito próxima da folha atual, então um pequeno empurra£o de um jeito ou de outro faria o ponto magnético passar para o pa³lo sul ou norte", disse Nick Arge, cientista solar do Goddard Space da NASA. Centro de voo em Greenbelt, Maryland. "Esta¡vamos no ponto de inflexa£o, onde algumas vezes ele foi para o norte, outras para o sul".

A previsão de que lado do ponto de inflexa£o estava a Parker Solar Probe era de responsabilidade das equipes de modelagem. Usando o que sabemos sobre o campo magnético do sol e as pistas que podemos captar a partir de imagens distantes do sol, eles fizeram previsaµes dia¡rias de onde, precisamente, o sol deu origem ao vento solar pelo qual Parker voaria em um determinado local. dia. Va¡rios grupos de modelagem fizeram tentativas dia¡rias para responder exatamente a essa pergunta.

Usando medições do campo magnético nasuperfÍcie do sol, cada grupo fez uma previsão dia¡ria para a regia£o de origem produzindo o vento solar pelo qual a Parker Solar Probe estava voando.

Arge trabalhou com Shaela Jones, cientista solar da NASA Goddard que fazia previsaµes dia¡rias durante a campanha WHPI, usando um modelo originalmente desenvolvido por Arge e seus colegas Yi-Ming Wang e Neil Sheeley, chamado de modelo WSA. De acordo com suas previsaµes, a fonte prevista do vento solar alternou subitamente entre os hemisfanãrios durante a campanha de observação, porque a a³rbita da Terra na anãpoca também estava intimamente alinhada com a folha de corrente heliosfanãrica - aquela regia£o onde a direção da polaridade magnanãtica e a fonte da vento solar alterna entre norte e sul. Eles previram que a Parker Solar Probe, voando em um plano semelhante ao da Terra, experimentaria interruptores semelhantes na fonte de vento solar e na polaridade magnanãtica a  medida que voava perto do sol.

Os modelos de vento solar dependem de medições dia¡rias do campo magnético dasuperfÍcie do sol - a imagem em preto e branco subjacente. Esse modelo em particular usou medidas do Grupo de Rede de Oscilação Global do Observatório Solar Nacional e um modelo que se concentra em prever como o campo magnético dasuperfÍcie do sol mudara¡ ao longo de vários dias. A criação desses mapas desuperfÍcie magnanãtica éum processo complicado e imperfeito por si são, e alguns dos grupos de modelagem participantes da campanha WHPI também usaram medições magnanãticas de vários observata³rios. Isso, junto com as diferenças nos modelos de cada grupo, criou uma sanãrie de previsaµes que a s vezes colocavam a fonte do fluxo de vento solar da Parker Solar Probe em dois hemisfanãrios diferentes do sol. Mas, dada a incerteza inerente na modelagem da fonte do vento solar,

"Se vocêpode observar o sol em dois lugares diferentes com dois telesca³pios, vocêtem uma chance melhor de encontrar o local certo", disse Jones.

O vento solar carrega consigo uma enorme quantidade de energia e o campo magnético incorporado do sol. Quando atinge a Terra, pode tocar o campo magnético natural do nosso planeta como um sino, fazendo-o dobrar e deformar - o que produz uma mudança mensura¡vel na força do campo magnético em certos pontos dasuperfÍcie da Terra. Na³s rastreamos essasmudanças porque as oscilações do campo magnético podem levar a uma sanãrie de efeitos do clima espacial que interferem na Espaçonave ou mesmo, ocasionalmente, redes de utilidades no solo.

Uma sanãrie de magneta´metros terrestres acompanha esses efeitos desde a década de 1850, e eles são um dos muitos conjuntos de dados que os cientistas estãoreunindo em conexão com esta campanha. Outros instrumentos terrestres podem revelar os efeitos invisa­veis do clima espacial em nossa atmosfera. Um desses sistemas éo Radar de dispersão incoerente do Poker Flat, ou PFISR - um sistema de radar baseado na faixa de pesquisa do Poker Flat perto de Fairbanks, no Alasca.

Este radar ésintonizado especialmente para detectar um dos indicadores mais confia¡veis ​​de um distaºrbio no campo magnético da Terra: elanãtrons na atmosfera superior da Terra. Esses elanãtrons são criados quando aspartículas presas na magnetosfera são enviadas zumbindo para a atmosfera da Terra por uma sanãrie complexa de eventos, um conjunto de circunsta¢ncias conhecidas como suborme magnetosfanãrico.

Em 16 de janeiro, o PFISR mediu os elanãtrons em mudança na atmosfera superior da Terra durante um desses sub-corpos. Durante uma sub-tempestade, aspartículas caem em cascata na atmosfera superior, não apenas criando o banho de elanãtrons medidos pelo radar, mas gerando um efeito mais visível: a aurora. O PFISR usa vários feixes de radar orientados em diferentes direções, o que permitiu aos cientistas construir uma imagem tridimensional de como os elanãtrons na atmosfera mudaram ao longo da sub-tempestade.

Como esse sub-formula¡rio ocorreu tão cedo na campanha de observação - apenas um dia após o ini­cio da coleta de dados -, éimprova¡vel que tenha sido causado pelas condições do sol observadas durante a campanha. Mas, mesmo assim, a conexão entre as sub-tempestades magnetosfanãricas e os efeitos em escala global mais amplos criados pelo vento solar - chamados tempestades geomagnanãticas - não étotalmente compreendida.

"Essa sub-tempestade não aconteceu durante um período de tempestade geomagnanãtica", disse Roger Varney, pesquisador principal do PFISR da SRI International em Menlo Park, Califa³rnia. "O vento solar durante este evento estãoflutuando, mas não particularmente forte - ébasicamente rua­do de fundo. Mas o vento solar nunca éconstante; estãoconstantemente colocando energia na magnetosfera".

Esse depa³sito de energia no sistema magnético da Terra tem efeitos de longo alcance: por um lado,mudanças na composição e densidade da atmosfera superior da Terra podem distorcer os sinais de comunicações e navegação, um efeito geralmente caracterizado pelo conteaºdo total de elanãtrons. Mudanças na densidade também podem afetar as a³rbitas dos satanãlites em grande medida, introduzindo incertezas sobre a posição precisa.

A Terra não éo aºnico planeta onde o vento solar tem efeitos mensura¡veis ​​- e estudar outros mundos em nosso sistema solar pode ajudar os cientistas a entender alguns dos efeitos do vento solar na Terra e como isso influenciou a evolução da Terra e de outros mundos em todo o sistema solar. história.

Em Marte, o vento solar associado a  falta de um campo magnético global em Marte pode ser um fator importante no mundo a¡rido e a¡rido que o planeta vermelho éhoje. Embora Marte já tenha sido muito parecido com a Terra - quente, com águala­quida e uma atmosfera espessa -, o planeta mudou drasticamente ao longo de sua história de quatro bilhaµes de anos, com a maior parte da atmosfera sendo despojada no Espaço. Com processos semelhantes observados aqui na Terra, os cientistas aproveitam a compreensão das interações solar-planeta¡rias em Marte para determinar como os processos que levam a  fuga atmosfanãrica tem a capacidade de mudar se um planeta éhabita¡vel ou não. Hoje, a missão Atmosfera de Marte e Evolução Vola¡til, ou MAVEN, estuda esses processos em Marte. MAVEN observações em Marte estãodisponí­veis para esta última campanha WHPI.

Nos pra³ximos meses, heliofa­sicos de todo o mundo comea§ara£o a estudar em profundidade os dados desses observata³rios, na esperana§a de estabelecer conexões que revelem novos conhecimentos sobre o Sol e suasmudanças que influenciam a Terra e o espaço em todo o sistema solar.

A Parker Solar Probe faz parte do programa Heliophysics Living with a Star da NASA para explorar aspectos do sistema sol-terra que afetam diretamente a vida e a sociedade. O programa Living with a Star égerenciado pelo Goddard Space Flight Center da agaªncia em Greenbelt, Maryland, para a Diretoria de Missaµes Cienta­ficas da NASA em Washington. O Laborata³rio de Fa­sica Aplicada Johns Hopkins, em Laurel, Maryland, projetou, construiu e opera a Espaçonave e gerencia a missão da NASA.