Uma sonda espacial conseguiu medir a fronteira em que as partículas que escapam do Sol deixam de responder ao controlo magnético da estrela e passam a fluir livremente para o espaço.
Ao delimitar esse limite no espaço, o resultado muda a forma como entendemos a ligação entre a atmosfera externa do Sol e as perturbações que, mais tarde, podem alcançar a Terra.
Vento solar e controlo magnético
Satélites modernos, sistemas de rádio e redes elétricas ficam “a jusante” desse limite, porque as condições definidas perto do Sol influenciam tudo o que acontece depois.
Com observações de proximidade da Sonda Solar Parker, Kristopher Klein, da Universidade do Arizona (UArizona), identificou onde a influência magnética do Sol finalmente cede à corrente que segue para fora.
Esse ponto não é fixo: ele avança e recua conforme a atividade solar aumenta e diminui, alterando o local a partir do qual o vento solar passa a evoluir de forma independente.
Traçar essa borda móvel ajuda a estabelecer limites para o transporte de energia e de partículas, abrindo caminho para explicar por que os efeitos observados mais longe variam tanto.
Medindo a zona de fronteira
Nas regiões próximas ao Sol, o vento solar - um fluxo contínuo de partículas carregadas - acelera até atingir um regime em que já não consegue “voltar atrás”.
Num sobrevoo recorde a cerca de 6,1 milhões de quilômetros acima da superfície, a Sonda Solar Parker recolheu amostras de partículas antes e depois desse ponto de transição.
Esses dados permitiram delinear a superfície de Alfvén, o limite em que os sinais magnéticos deixam de guiar o escoamento para fora.
Como o campo magnético solar está em constante mudança, essa superfície pode expandir-se ou contrair-se, modificando o local onde o vento começa a desenvolver a sua própria dinâmica.
Partículas comportam-se de forma inesperada
Perto dessa fronteira, as partículas não distribuíam o calor de maneira uniforme, e as suas velocidades apareciam em aglomerados irregulares, em vez de formarem uma distribuição suave.
A equipa de Klein na UArizona tratou a distribuição de velocidades - a contagem de partículas em cada velocidade - como um indício central para interpretar o que estava a acontecer.
No novo estudo, o uso dessas distribuições reais alterou as taxas previstas de aquecimento por ondas em até três vezes.
Modelos que desconsideram esses aglomerados podem errar o destino da energia, sobretudo no ambiente próximo ao Sol que a Parker conseguiu amostrar.
Transferência de energia por ondas
Os investigadores concentraram-se em pequenas ondas que se propagam no plasma, um gás de partículas carregadas, porque essas ondas conseguem transferir energia entre diferentes populações de partículas.
Quando as ondas perdem intensidade - por amortecimento - a energia que sai das ondas e se converte em calor das partículas indica onde o movimento passa a tornar-se aquecimento.
Alguns padrões de velocidade medidos permitiam que certas partículas absorvessem energia das ondas, enquanto outras devolviam energia para as próprias ondas.
Esse “cabo de guerra” tornou muito mais difícil prever a história térmica do vento com as suposições antigas e simplificadas de um modelo único para todos.
Novo software acompanha as partículas
Para não depender de suposições sobre o comportamento das partículas, o grupo da UArizona desenvolveu um código computacional que usa diretamente as distribuições medidas.
A ferramenta foi batizada de Solucionador Linear de Plasma Arbitrário (ALPS) e calcula como diferentes ondas devem crescer ou desaparecer.
O ALPS indicou que pequenas mudanças no padrão de velocidades podem redirecionar a energia para grupos distintos de partículas.
As limitações dos instrumentos ainda influenciam os resultados do ALPS; por isso, medições melhores continuarão a refinar o retrato do que ocorre tão perto do Sol.
Vento solar mantém-se mais quente
À medida que o vento se expande para longe do Sol, a física mais simples apontaria para um arrefecimento rápido; porém, as medições da Parker mostraram calor extra a permanecer no fluxo.
A energia dissipada das ondas não era repartida de forma homogênea, e o ALPS permitiu à equipa rastrear quais partículas recebiam a maior fração.
Em alguns trechos, certas partículas chegaram até a alimentar as ondas com energia, fazendo com que elas persistissem por mais tempo.
Essa persistência implica que o vento pode transportar calor e movimento para distâncias maiores do que a simples expansão, por si só, sugeriria.
Previsões começam perto do Sol
Previsões mais fiáveis dependem do clima espacial - mudanças de curto prazo no espaço próximo à Terra - e essas mudanças têm origem nas condições estabelecidas nas regiões próximas ao Sol.
Variações no aquecimento e na atividade de ondas alteram a densidade e a velocidade do vento, capazes de influenciar nuvens tempestuosas de partículas.
Com esses detalhes, quem faz previsões consegue simular melhor como uma ejeção atravessa o vento, em vez de presumir que o trajeto será igual em todas as ocasiões.
“Uma das questões urgentes que procuramos responder é como o vento solar é aquecido enquanto é acelerado a partir da superfície do Sol”, disse Klein.
Para além do nosso Sol
As lições do vento solar podem aplicar-se a distâncias muito maiores, porque ondas e partículas carregadas exibem comportamentos semelhantes em vários ambientes quentes.
Em muitos desses locais, há colisões em número insuficiente para que as partículas atinjam uma temperatura estável antes que as ondas redistribuam energia.
Por isso, Klein destacou como alvos o gás entre as estrelas, o disco de acreção - um anel em espiral de gás quente - e as estrelas de nêutrons.
Ainda assim, cada sistema tem a sua própria configuração magnética, e serão necessárias novas medições antes de reutilizar as “regras” observadas no Sol.
Incertezas no vento solar
Verificações cuidadosas foram essenciais, porque a análise se baseou em apenas alguns encontros muito próximos, cada um com níveis diferentes de atividade de ondas.
As contas foram repetidas com pequenos ajustes nas entradas instrumentais, e as maiores diferenças entre os padrões reais e os simplificados permaneceram.
Passagens futuras ao longo do ciclo solar - uma subida e descida de atividade de cerca de 11 anos - mostrarão o quão consistentes são esses efeitos.
Até que esse registo fique maior, as ferramentas de previsão terão de tratar o cenário de aquecimento perto do Sol como um alvo em movimento.
As novas medições ligaram um limite próximo ao Sol aos padrões irregulares de velocidades que determinam onde a energia vai parar.
Modelos de previsão tendem a melhorar se novas passagens continuarem a testar essas ideias sob condições variáveis e se o ALPS seguir a concordar com as observações.
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