Tecnologia Científica

NASA explora o vento solar com uma nova visão de pequenas estruturas solares
A influência magnética do Sol se estende por bilhões de quilômetros, muito além da órbita de Plutão e dos planetas, definida por uma força motriz: o vento solar .
Por Sarah Frazier - 19/01/2021


Os cientistas usaram o processamento de imagens em imagens de alta resolução do Sol para revelar "plumelets" distintos dentro de estruturas no Sol chamadas plumas solares. O Sol de disco inteiro e o lado esquerdo da imagem inserida foram capturados pelo Solar Dynamics Observatory da NASA em um comprimento de onda de luz ultravioleta extrema e processados ​​para reduzir o ruído. O lado direito da inserção foi posteriormente processado para realçar pequenos recursos nas imagens, revelando as bordas das plumeletes em detalhes nítidos. Essas plumeletes podem ajudar os cientistas a entender como e por que os distúrbios na forma do vento solar. Créditos: NASA / SDO / Uritsky, et al

Os cientistas combinaram dados da NASA e processamento de imagem de ponta para obter uma nova visão sobre as estruturas solares que criam o fluxo do Sol de vento solar de alta velocidade, detalhado em uma nova pesquisa publicada hoje no The Astrophysical Journal. Este primeiro olhar para características relativamente pequenas, chamadas de "plumelets", pode ajudar os cientistas a entender como e por que distúrbios se formam no vento solar.

A influência magnética do Sol se estende por bilhões de quilômetros, muito além da órbita de Plutão e dos planetas, definida por uma força motriz: o vento solar . Este fluxo constante de material solar transporta o campo magnético do Sol para o espaço, onde ele molda os ambientes ao redor da Terra, outros mundos e nas profundezas do espaço. Mudanças no vento solar podem criar efeitos de clima espacial que influenciam não apenas os planetas, mas também exploradores humanos e robóticos em todo o sistema solar - e este trabalho sugere que recursos relativamente pequenos e anteriormente inexplorados próximos à superfície do Sol podem desempenhar um papel crucial nas características do vento solar.

"Isso mostra a importância de estruturas e processos de pequena escala no Sol para a compreensão do vento solar em grande escala e do sistema climático espacial", disse Vadim Uritsky, cientista solar da Universidade Católica da América e do Goddard Space Flight Center da NASA, que conduziu o estudo.

Como todo material solar, que é feito de um tipo de gás ionizado chamado plasma, o vento solar é controlado por forças magnéticas. E as forças magnéticas na atmosfera do Sol são particularmente complexas: a superfície solar é atravessada por uma combinação em constante mudança de loops fechados de campo magnético e linhas de campo magnético abertas que se estendem para o sistema solar .

É ao longo dessas linhas abertas do campo magnético que o vento solar escapa do Sol para o espaço. Áreas de campo magnético aberto no Sol podem criar buracos coronais, manchas de densidade relativamente baixa que aparecem como manchas escuras em certas visualizações ultravioleta do sol. Frequentemente, embutidos nesses buracos coronais estão gêiseres de material solar que fluem para fora do Sol por dias seguidos, chamados de plumas. Essas plumas solares aparecem brilhantes em visões ultravioleta extremas do Sol, tornando-as facilmente visíveis para observatórios como o satélite Solar Dynamics Observatory da NASA e outras espaçonaves e instrumentos. Como regiões de material solar particularmente denso em campo magnético aberto, as plumas desempenham um grande papel na criação do vento solar de alta velocidade- o que significa que seus atributos podem moldar as características do próprio vento solar.
 
Usando observações de alta resolução do satélite Solar Dynamics Observatory, ou SDO, junto com uma técnica de processamento de imagem desenvolvida para este trabalho, Uritsky e colaboradores descobriram que essas plumas são, na verdade, feitas de fios muito menores de material, que eles chamam de plumeletes. Enquanto a totalidade da pluma se estende por cerca de 70.000 milhas nas imagens do SDO, a largura de cada filamento da plumelet é de apenas alguns milhares de milhas, variando de cerca de 2.300 milhas no menor a cerca de 4.500 milhas de largura para as plumeletas mais largas observadas.

Embora trabalhos anteriores tenham sugerido uma estrutura dentro das plumas solares, esta é a primeira vez que os cientistas observaram plumeletes em foco nítido. As técnicas usadas para processar as imagens reduziram o "ruído" nas imagens solares, criando uma visão mais nítida que revelou as plumeletes e suas mudanças sutis em detalhes claros.

Seu trabalho, focado em uma pluma solar observada em 2-3 de julho de 2016, mostra que o brilho da pluma vem quase inteiramente das plumeletes individuais, sem muita penugem adicional entre as estruturas. Isso sugere que as plumas são mais do que apenas uma característica dentro do sistema maior de uma pluma, mas sim os blocos de construção de que as plumas são feitas.

"As pessoas viram estruturas na base das plumas por um tempo", disse Judy Karpen, uma das autoras do estudo e chefe do Laboratório de Clima Espacial da Divisão de Ciência Heliofísica da NASA Goddard. "Mas descobrimos que a própria pluma é um feixe dessas plumeletes mais densas e fluidas, o que é muito diferente da imagem de plumas que tínhamos antes."

Eles também descobriram que as plumeletes se movem individualmente, cada uma oscilando por conta própria - sugerindo que o comportamento em pequena escala dessas estruturas pode ser o principal fator por trás das interrupções no vento solar, além de seu comportamento coletivo em larga escala.

Procurando por assinaturas de plumelet

Os processos que criam o vento solar geralmente deixam assinaturas no próprio vento solar - mudanças na velocidade do vento, composição, temperatura e campo magnético que podem fornecer pistas sobre a física subjacente do Sol. As plumeletas solares também podem deixar essas impressões digitais, revelando mais sobre seu papel exato na criação do vento solar, embora encontrá-las e interpretá-las possa ser seu próprio desafio complexo.

Uma fonte importante de dados será a Parker Solar Probe da NASA, que voou mais perto do Sol do que qualquer outra espaçonave - alcançando distâncias de até 4 milhões de milhas da superfície solar até o final de sua missão - captura medições de alta resolução do vento solar, uma vez que oscila pelo Sol a cada poucos meses. Suas observações, mais próximas do Sol e mais detalhadas do que as de missões anteriores, podem revelar assinaturas em plumelet.

Na verdade, uma das descobertas iniciais e inesperadas da Parker Solar Probe pode estar conectada a plumelets. Durante seu primeiro sobrevôo solar em novembro de 2018, a Parker Solar Probe observou reversões repentinas na direção do campo magnético do vento solar, apelidadas de "ziguezagues". A causa e a natureza exata dos ziguezagues ainda são um mistério para os cientistas, mas estruturas de pequena escala, como plumelets, podem produzir assinaturas semelhantes.

Encontrar as assinaturas das plumeletes dentro do próprio vento solar também depende de quão bem essas impressões digitais sobrevivem a sua jornada para longe do Sol - ou se elas seriam borradas em algum lugar ao longo dos milhões de milhas que viajam do Sol aos nossos observatórios no espaço.

A avaliação dessa questão dependerá de observatórios remotos, como a ESA e o Solar Orbiter da NASA, que já obteve as imagens mais próximas do Sol, incluindo uma visão detalhada da superfície solar - imagens que só vão melhorar à medida que a nave se aproxima do Sol. A próxima missão PUNCH da NASA - liderada por Craig DeForest, um dos autores do estudo das plumeletes - estudará como a atmosfera do Sol faz a transição para o vento solar e também pode fornecer respostas a essa pergunta.

"PUNCH observará diretamente como a atmosfera do Sol faz a transição para o vento solar", disse Uritsky. "Isso nos ajudará a entender se as plumeletes podem sobreviver à medida que se propagam para longe do Sol - se podem realmente ser injetadas no vento solar ."

 

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