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CIENTISTAS OBTÊM INFORMAÇÕES SOBRE A ATMOSFERA SUPERAQUECIDA DO SOL
11 de dezembro de 2020

 


Imagem do Sol.
Crédito: NASA

 

Um fenómeno detetado pela primeira vez no vento solar pode ajudar a resolver um antigo mistério sobre o Sol: por que razão a atmosfera solar é milhões de graus mais quente do que a superfície.

Imagens do IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph) e do instrumento AIA (Atmospheric Imaging Assembly) da SDO (Solar Dynamic Orbiter) mostram evidências de que "loops" magnéticos baixos são aquecidos a milhões de Kelvin.

Investigadores da Universidade rice, da Universidade do Colorado em Boulder e do Centro de Voo Espacial Marshall da NASA afirmam que os iões mais pesados, como o silício, são aquecidos preferencialmente tanto pelo vento solar quanto na região de transição entre a cromosfera e a coroa solar.

Aí, "loops" de plasma magnetizado formam um arco contínuo, não muito diferente dos seus primos na coroa mais acima. São muito mais pequenos e difíceis de analisar, mas há muito que se pensa que abriguem o mecanismo conduzido magneticamente que liberta surtos energéticos na forma de nanoproeminências.

O físico solar de Rice, Stephen Bradshaw, e colegas estavam entre os que suspeitavam disso, mas ninguém tinha evidências suficientes antes do IRIS.

O espectrómetro orbital foi construído especificamente para observar a região de transição. No estudo financiado pela NASA, publicado na Nature Astronomy, os investigadores descrevem "brilhos" nos "loops" de reconexão que contêm fortes assinaturas espectrais do oxigénio e, especialmente, dos mais pesados iões de silício.

A equipa de Bradshaw, o seu ex-aluno e autor principal Shah Mohammad Bahauddin, agora investigador do LASP (Laboratory for Atmospheric and Space Physics) da Universidade do Colorado, juntamente com a astrofísica Amy Winebarger da NASA, estudaram imagens do IRIS capazes de resolver detalhes destes "loops" de transição de região e detetaram zonas de plasma superquente. As imagens permitem a análise dos movimentos e das temperaturas dos iões dentro dos "loops" por meio da luz que emitem, lidos como linhas espectrais que servem como "impressões digitais" químicas.

"É nas linhas de emissão que toda a física é impressa," disse Bradshaw, professor associado de física e de astronomia. "A ideia era aprender como estas estruturas minúsculas são aquecidas e esperar dizer algo sobre como a própria coroa é aquecida. Este pode ser um mecanismo omnipresente que opera em toda a atmosfera solar."

As imagens revelaram espectros de zonas quentes onde as linhas foram alargadas por efeitos térmicos e pelo efeito Doppler, indicando não apenas os elementos envolvidos nas nanoproeminências, mas também as suas temperaturas e velocidades.

Nas regiões quentes, encontraram jatos de reconexão contendo iões de silício movidos na direção (desvio para o azul) do observador (IRIS) e para longe (desvio para o vermelho), a velocidades de até 100 km/s. Não foi detetado nenhum desvio Doppler para iões de oxigénio mais leves.

Os cientistas estudaram dois componentes do mecanismo: como a energia sai do campo magnético e depois como realmente aquece o plasma.

A região de transição tem apenas cerca de 5800 K, mas a convecção à superfície do Sol afeta os "loops", torcendo e trançando os finos fios magnéticos que os compõem e acrescentando energia aos campos magnéticos que, em última análise, aquecem o plasma, disse Bradshaw. "As observações do IRIS mostraram esse processo a ocorrer e estamos razoavelmente certos de que pelo menos uma resposta à primeira parte é por meio de reconexão magnética, da qual os jatos são uma assinatura chave," disse.

Nesse processo, os campos magnéticos dos filamentos de plasma quebram-se e ligam-se novamente em locais entrançados em estados menos energéticos, libertando energia magnética armazenada. Onde isto ocorre, o plasma torna-se superaquecido.

Mas como o plasma é aquecido pela energia magnética libertada tem permanecido um quebra-cabeças até agora. "Olhámos para as regiões nestas pequenas estruturas em 'loop' onde a reconexão estava a ocorrer e medimos as linhas de emissão dos iões, principalmente silício e oxigénio," disse. "Descobrimos que as linhas espectrais dos iões de silício eram muito mais largas do que as do oxigénio."

Isto indicou aquecimento preferencial dos iões de silício. "Precisávamos de explicar isto," disse Bradshaw. "Nós observámos, pensámos e descobrimos que existe um processo cinético chamado de aquecimento de iões de ciclotrão que favorece o aquecimento de iões pesados em relação aos mais leves."

Ele disse que as ondas de iões de ciclotrão são geradas nos locais de reconexão. As ondas carregadas pelos iões mais pesados são mais suscetíveis a uma instabilidade que faz com que as ondas se "quebrem" e gerem turbulência, que espalha e energiza os iões. Isto amplia as suas linhas espectrais além do que seria de esperar apenas da temperatura local do plasma. No caso dos iões mais leves, pode haver energia suficiente para os aquecer. "Caso contrário, não excedem a velocidade crítica necessária para desencadear a instabilidade, que é superior para os iões mais leves," explicou.

"No vento solar, os iões mais pesados são significativamente mais quentes do que os iões mais leves," acrescentou Bradshaw. "Isto foi medido definitivamente. O nosso estudo mostra pela primeira vez que esta é também uma propriedade da região de transição e, portanto, pode persistir em toda a atmosfera devido ao mecanismo que identificámos, incluindo o aquecimento da coroa solar, principalmente porque o vento solar é uma manifestação da coroa a expandir-se para o espaço interplanetário."

A próxima questão, disse Bahauddin, é se esses fenómenos estão a acontecer na mesma proporção em todo o Sol. "A resposta é provavelmente não," disse. "De modo que a questão seguinte é: quanto é que contribuem para o problema do aquecimento coronal? Podem fornecer energia suficiente para a alta atmosfera para que possa manter uma coroa com milhões de graus?

"O que mostrámos para a região de transição foi uma solução para uma peça importante do quebra-cabeças, mas o quadro geral requer que mais peças caiam no lugar certo," disse Bahauddin. "Penso que o IRIS será capaz de nos dizer mais sobre as peças cromosféricas no futuro próximo. E isto vai ajudar-nos a construir uma teoria unificada e global da atmosfera do Sol."

 

 


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Imagens do Sol obtidas pelo IRIS mostram novos detalhes de como "loops" baixos de plasma são energizados e podem também revelar como a escaldante coroa é criada.
Crédito: Universidade Rice/NASA


// Universidade Rice (comunicado de imprensa)
// LASP da Universidade do Colorado (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

Saiba mais

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Sol:
CCVAlg - Astronomia 
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IRIS:
NASA
Wikipedia

SDO:
NASA
Wikipedia

 
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