Tecnologia Científica

Parker solar probe toca o sol pela primeira vez, trazendo novas descobertas
A espaçonave, construída e operada pela APL, fez sua primeira passagem pela atmosfera superior do Sol, uma área chamada corona
Por Mara Johnson-Groh - 19/12/2021


BEN SMITH / LABORATÓRIO DE FÍSICA APLICADA / NASA

Foi a primeira vez na história, uma espaçonave tocou o sol.

A Parker Solar Probe da NASA agora voou através da atmosfera superior do Sol - chamada de corona - amostrando partículas e caracterizando campos magnéticos neste ambiente dinâmico.

O novo marco representa um grande passo para a Parker Solar Probe e um grande salto para a ciência solar. Assim como o pouso na Lua permitiu aos cientistas entender como ela se formou, tocar o sol está ajudando os cientistas a descobrir informações críticas sobre nossa estrela mais próxima e sua influência no sistema solar. Os resultados dessa façanha foram anunciados na terça-feira em uma coletiva de imprensa na reunião de outono da American Geophysical Union em 2021 em Nova Orleans e foram aceitos para publicação na Physical Review Letters e no Astrophysical Journal .

"Esta é realmente a primeira vez que uma espaçonave tocou a atmosfera de nosso Sol", disse Thomas Zurbuchen, administrador associado da Diretoria de Missão Científica da NASA na sede da agência em Washington. "É um momento monumental para a ciência solar."

À medida que circula mais perto da superfície solar, a Parker Solar Probe - construída e operada pelo Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins - está fazendo descobertas que outras espaçonaves estavam muito distantes para ver, incluindo de dentro do vento solar, o fluxo de partículas vindo de o sol que pode influenciar a Terra.

Em 2019, a Parker Solar Probe descobriu que estruturas magnéticas em ziguezague ao vento solar, chamadas de ziguezague, são abundantes perto do sol. Tendo reduzido pela metade sua distância ao sol desde então, a Parker Solar Probe agora identificou um lugar onde essas feições se originam: a superfície solar.

A primeira passagem pela corona - bem como mais sobrevôos por vir - fornecerá dados sobre fenômenos que são impossíveis de estudar à distância.

"Voando tão perto do sol, a Parker Solar Probe agora detecta condições na coroa que nunca podíamos antes", disse Nour Raouafi, cientista do projeto Parker Solar Probe na APL. "Vemos evidências de estar na corona a partir de dados de campo magnético, dados do vento solar e visualmente em imagens de luz branca. Podemos realmente ver a espaçonave voando através de estruturas coronais que podem ser observadas da Terra durante um eclipse solar total."

Mais perto do que nunca

Fortificado para resistir a algumas das condições mais extremas do sistema solar, a Parker Solar Probe foi lançada em 2018 para explorar os mistérios do sol , viajando para mais perto dele do que qualquer outra nave espacial anterior.

Ao contrário da Terra, o sol não tem uma superfície sólida, mas tem uma atmosfera superaquecida feita de material ligado ao sol pela gravidade e forças magnéticas. À medida que esse material é empurrado para longe do sol pelo aumento do calor e da pressão, ele atinge um ponto em que as forças gravitacionais e os campos magnéticos são muito fracos para contê-lo.

Impressão artística da Parker Solar Probe se aproximando da superfície crítica de Alfvén
IMAGEM CRÉDITO: BEN SMITH / LABORATÓRIO DE FÍSICA APLICADA / NASA

Esse ponto, conhecido como superfície crítica de Alfvén, marca o fim da atmosfera solar e o início do vento solar. O material solar com energia suficiente para ultrapassar esse limite arrasta o campo magnético do Sol junto com ele, conforme ele percorre o sistema solar. Além da superfície crítica de Alfvén, o vento solar se move tão rápido que as ondas dentro do vento não podem viajar de volta para o sol.

Até agora, os pesquisadores não tinham certeza de onde fica a superfície crítica de Alfvén. Estimativas baseadas em imagens remotas da corona a colocaram em algum lugar entre 10 e 20 raios solares da superfície do Sol - 4,3 a 8,6 milhões de milhas. A trajetória espiral da Parker Solar Probe gradualmente a aproxima do sol e, durante as últimas passagens, a espaçonave estava consistentemente dentro de 20 raios solares (93% da distância da Terra ao sol), teoricamente colocando-a na posição de cruzar a fronteira.

Finalmente, em 28 de abril de 2021, durante seu oitavo sobrevoo do sol, a Parker Solar Probe cortou o caminho. Encontrando as condições magnéticas e de partículas específicas da superfície crítica de Alfvén a 18,8 raios solares (8,127 milhões de milhas) acima da superfície solar, os cientistas sabiam que a espaçonave havia finalmente entrado na atmosfera solar.

"Estávamos esperando que, mais cedo ou mais tarde, encontraríamos a corona por pelo menos um curto período de tempo", disse Justin Kasper, principal autor de um novo artigo sobre o marco aceito para publicação na Physical Review Letters , e vice-chefe diretor de tecnologia da BWX Technologies Inc. "Mas é muito empolgante que já tenhamos alcançado isso."

Para o olho da tempestade

Como a Parker Solar Probe mais tarde mergulhou para apenas 14,97 raios solares (6,4714 milhões de milhas) da superfície do sol, ela passou por um recurso na corona chamado pseudoestrela. Essas estruturas maciças se erguem como fitas acima da superfície do Sol e são visíveis da Terra durante os eclipses solares.

Passar pelo pseudostreamer foi como voar no centro de uma tempestade. Dentro do pseudostreamer, as condições se aquietaram, as partículas diminuíram e o número de ziguezagues caiu - uma mudança dramática em relação à barragem de partículas que a espaçonave geralmente encontra no vento solar.

Pela primeira vez, a espaçonave se encontrou em uma região onde os campos magnéticos eram fortes o suficiente para dominar o movimento das partículas. As partículas ficaram presas no sol; essas condições eram a prova definitiva de que a espaçonave havia passado pela superfície crítica de Alfvén e entrado na atmosfera solar, onde campos magnéticos moldam a fuga do vento.

A primeira passagem pela coroa, que durou apenas algumas horas, é uma das muitas planejadas para a missão. Ao longo dos próximos quatro anos, a Parker Solar Probe chegará, eventualmente, a 8,86 raios solares (3,83 milhões de milhas) da superfície. Os próximos sobrevoos, o próximo ocorrendo em janeiro de 2022, provavelmente trarão a Parker Solar Probe através da corona novamente.

"Estou animado para ver o que a Parker Solar Probe encontra ao passar repetidamente pela corona nos próximos anos", disse Nicky Fox, diretor da Divisão de Heliofísica da NASA na sede da NASA em Washington, DC "A oportunidade para novas descobertas é ilimitada . "

Limitando as origens do ziguezague

O tamanho da coroa também é impulsionado pela atividade solar. À medida que o ciclo de atividade do sol de 11 anos - o ciclo solar - aumenta, a borda externa da corona se expande, dando à Parker Solar Probe uma chance maior de permanecer dentro da corona por períodos mais longos.

"É uma região realmente importante para entrar porque pensamos que todos os tipos de física podem ser ativados", disse Kasper. "E agora estamos entrando nessa região e, com sorte, começaremos a ver algumas dessas físicas e comportamentos."

Alguma física surpreendente já está surgindo. Em encontros recentes, a Parker Solar Probe coletou dados que mostram que um ponto onde os ziguezagues se originam é na superfície visível do sol - a fotosfera.

Quando chega à Terra, o vento solar é um vento contrário constante e turbulento de partículas e campos magnéticos. Mas como escapa do sol, o vento solar é estruturado e irregular. Em meados da década de 1990, a missão Ulysses da NASA-Agência Espacial Europeia sobrevoou os polos solares e descobriu um punhado de bizarras dobras em forma de S nas linhas do campo magnético do vento solar, que desviaram as partículas carregadas em um caminho em zigue-zague enquanto escapavam o sol. Por décadas, os cientistas pensaram que esses ziguezagues ocasionais eram estranhezas confinadas às regiões polares do sol.

Em 2019, porém, a 34 raios solares do sol, a Parker Solar Probe descobriu que os ziguezagues não eram raros, mas comuns no vento solar. Essa descoberta renovou o interesse pelos recursos e levantou novas questões: De onde vêm os ziguezagues e como eles se formam e evoluem? Eles foram forjados na superfície do sol ou moldados por algum processo de campos magnéticos de dobra na atmosfera solar?

As últimas descobertas, publicadas no Astrophysical Journal , finalmente confirmam que os ziguezagues se originam perto da superfície solar.

As pistas vieram enquanto a Parker Solar Probe orbitava mais perto do sol em seu sexto sobrevoo, a menos de 25 raios solares de distância. Os dados mostraram que os ziguezagues ocorrem em patches e têm uma porcentagem maior de hélio - um elemento conhecido por vir da fotosfera - em relação a outros elementos. As origens dos ziguezagues foram ainda mais estreitas quando os cientistas encontraram as manchas alinhadas com funis magnéticos que emergem da fotosfera, entre estruturas celulares de convecção chamadas supergrânulos.

"A estrutura das regiões com ziguezague combina com uma pequena estrutura de funil magnético na base da corona", disse Stuart Bale, professor da Universidade da Califórnia, Berkeley, e principal autor do novo artigo em ziguezague. "Isso é o que esperamos de algumas teorias, e isso aponta uma fonte para o próprio vento solar."

Além de ser o berço dos ziguezagues, os cientistas acreditam que os funis magnéticos podem ser o local de origem de um componente do vento solar. O vento solar vem em duas variedades diferentes - rápido e lento - e os funis podem ser de onde vêm algumas partículas do vento solar rápido.

Entender onde e como os componentes do vento solar rápido surgem, e se eles estão ligados a ziguezagues, pode ajudar os cientistas a resolver um antigo mistério solar sobre como a coroa é aquecida a milhões de graus.

Embora as novas descobertas localizem onde os ziguezagues são feitos, os cientistas ainda não podem confirmar como eles são formados. Uma teoria sugere que eles podem ser criados por ondas de plasma que rolam pela região como as ondas do oceano. Outro afirma que eles são feitos por um processo explosivo conhecido como reconexão magnética, que ocorre nas fronteiras onde os funis magnéticos se juntam.

"Meu instinto é, conforme vamos mais fundo na missão e cada vez mais perto do sol, vamos aprender mais sobre como os funis magnéticos estão conectados aos ziguezagues", disse Bale, "e esperançosamente resolver a questão de qual processo os torna. "

Agora que eles sabem o que procurar, os cientistas estão procurando por mais pistas enquanto a Parker Solar Probe faz passagens mais próximas. Os dados que virão permitirão aos cientistas um vislumbre de uma região que é crítica para superaquecer a coroa e empurrar o vento solar a velocidades supersônicas. Essas medições da coroa serão críticas para a compreensão e previsão de eventos climáticos espaciais extremos que podem interromper as telecomunicações e danificar satélites ao redor da Terra.

"É realmente empolgante ver nossas tecnologias avançadas terem sucesso em levar a Parker Solar Probe para mais perto do sol do que nunca e poder retornar uma ciência tão incrível", disse Joseph Smith, cientista e executivo do programa Parker Solar Probe da NASA Quartel general. "Estamos ansiosos para ver o que mais a missão descobrirá à medida que se aventurar ainda mais perto nos próximos anos."

 

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