PARKER SOLAR PROBE "TOCA" O SOL 17 de dezembro de 2021
Impressão de artista da Parker Solar Probe a "tocar o Sol".
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Joy Ng
Pela primeira vez na história, uma nave espacial tocou o Sol. A Parker Solar Probe da NASA voou através da atmosfera superior do Sol - a coroa - e aí estudou as partículas e os campos magnéticos.
O novo marco assinala um passo importante para a Parker Solar Probe e um salto gigantesco para a ciência solar. Tal como a aterragem na Lua permitiu aos cientistas compreender como foi formada, tocar nas mesmas coisas de que o Sol é feito ajudará os cientistas a descobrir informações críticas sobre a nossa estrela mais próxima e a sua influência sobre o Sistema Solar.
"A Parker Solar Probe 'tocar o Sol' é um momento monumental para a ciência solar e um feito verdadeiramente notável," disse Thomas Zurbuchen, administrador associado do Diretorado de Missões Científicas na sede da NASA em Washington. "Este marco não só nos fornece uma visão mais profunda da evolução do nosso Sol e do seu impacto no nosso Sistema Solar, mas tudo o que aprendermos sobre a nossa própria estrela também nos ensina mais sobre as estrelas no resto do Universo."
À medida que passa cada vez mais perto da superfície solar, a Parker está a fazer novas descobertas que outras naves espaciais estavam demasiado longe para ver, incluindo de dentro do vento solar - o fluxo de partículas do Sol que nos podem influenciar na Terra. Em 2019, a Parker descobriu que as estruturas magnéticas em ziguezague no vento solar, chamadas "switchbacks", são abundantes perto do Sol. Mas como e onde elas se formam permanecia um mistério. Reduzindo para metade a distância ao Sol desde então, a Parker Solar Probe passou agora suficientemente perto para identificar um local de origem: a superfície solar.
A primeira passagem através da coroa - e a promessa de mais "flybys" por vir - continuará a fornecer dados sobre fenómenos que são impossíveis de estudar de longe.
"Voando tão perto do Sol, a Parker Solar Probe sente agora condições na camada magneticamente dominada da atmosfera solar - a coroa - que nunca pudemos sentir antes", disse Nour Raouafi, cientista do projeto Parker no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins em Laurel, no estado norte-americano de Maryland. "Vemos evidências de estar na coroa nos dados do campo magnético, dados do vento solar e visualmente em imagens". Na verdade, podemos ver a nave a voar através de estruturas coronais que podem ser observadas durante um eclipse solar total."
Mais perto do que nunca
A Parker Solar Probe foi lançada em 2018 para explorar os mistérios do Sol, viajando mais perto do que qualquer outra nave espacial. Três anos após o lançamento e décadas após a primeira conceção, a Parker chegou finalmente.
Ao contrário da Terra, o Sol não tem uma superfície sólida. Mas tem uma atmosfera superaquecida, feita de material solar ligado ao Sol pela gravidade e pelas forças magnéticas. À medida que o calor crescente e a pressão empurram esse material para longe do Sol, atinge um ponto em que a gravidade e os campos magnéticos são demasiado fracos para a conter.
Esse ponto, conhecido como superfície crítica de Alfvén, marca o fim da atmosfera solar e o início do vento solar. O material solar com a energia para o fazer atravessar esse limite torna-se o vento solar, que arrasta o campo magnético do Sol com ele à medida que atravessa o Sistema Solar, para a Terra e além dela. Mais importante, para lá da superfície crítica de Alfvén, o vento solar move-se tão rapidamente que as ondas dentro do vento nunca podem viajar suficientemente depressa para regressar ao Sol - cortando a sua ligação.
Até agora, os investigadores não sabiam exatamente onde se encontrava a superfície crítica de Alfvén. Com base em imagens remotas da coroa, as estimativas tinham-na colocado entre 10 a 20 raios solares da superfície do Sol - 6,9 a 13,8 milhões de quilómetros. A trajetória em espiral da Parker aproxima-a lentamente do Sol e durante as últimas passagens, a nave espacial estava consistentemente abaixo dos 20 raios solares (91% da distância da Terra ao Sol), colocando-a na posição de cruzar a fronteira - caso as estimativas estivessem corretas.
No dia 28 de abril de 2021, durante o seu oitavo "flyby" do Sol, a Parker Solar Probe encontrou as condições magnéticas e de partículas específicas a 18,8 raios solares (cerca de 13 milhões de quilómetros) acima da superfície solar que disseram aos cientistas que tinha atravessado a superfície crítica de Alfvén pela primeira vez e finalmente entrado na atmosfera solar.
"Esperávamos plenamente que, mais cedo ou mais tarde, encontrássemos a coroa durante pelo menos um curto período de tempo", disse Justin Kasper, autor principal de um novo artigo sobre este marco, publicado na revista Physical Review Letters, e vice-chefe de tecnologia da BWX Technologies, Inc. e professor da Universidade de Michigan. "Mas é muito emocionante que já a tenhamos alcançado."
No olho da tempestade
Durante o "flyby", a Parker Solar Probe passou várias vezes para dentro e para fora da coroa. Isto prova o que alguns tinham previsto - que a superfície crítica de Alfvén não tem a forma de uma bola lisa. Pelo contrário, tem espigões e vales que enrugam a superfície. Descobrir onde estas saliências se alinham com a atividade solar vinda da superfície pode ajudar os cientistas a aprender como os eventos no Sol afetam a atmosfera e o vento solar.
A certa altura, à medida que a Parker Solar Probe mergulhava para pouco menos de 15 raios solares (cerca de 10,5 milhões de quilómetros) da superfície do Sol, transitou uma característica na coroa chamada "pseudostreamer". Os "pseudostreamers" são estruturas massivas que se elevam acima da superfície do Sol e que podem ser vistas da Terra durante os eclipses solares.
Passar pelo "pseudostreamer" foi como voar pelo olho de uma tempestade. Dentro do "pseudostreamer", as condições acalmaram, as partículas abrandaram e o número de "switchbacks" caiu - uma mudança dramática da barragem incessante de partículas que a nave normalmente encontra no vento solar.
Pela primeira vez, a sonda encontrou-se numa região onde os campos magnéticos eram suficientemente fortes para dominar o movimento das partículas. Estas condições foram a prova definitiva de que a nave tinha atravessado a superfície crítica de Alfvén e entrado na atmosfera solar onde os campos magnéticos moldam o movimento de tudo na região.
A primeira passagem através da coroa, que durou apenas algumas horas, é uma das muitas planeadas para a missão. A Parker continuará a espiralar para cada vez mais perto do Sol, eventualmente alcançando 8,6 raios solares (6,16 milhões de quilómetros) da superfície. Os próximos "flybys", o seguinte do qual acontecerá em janeiro de 2022, provavelmente trará novamente a Parker Solar Probe através da coroa.
"Estou entusiasmado por ver o que a Parker encontra ao passar repetidamente pela coroa nos próximos anos", disse Nicola Fox, diretor da Divisão de Heliofísica na sede da NASA. "A oportunidade para novas descobertas é ilimitada."
A dimensão da coroa é também impulsionada pela atividade solar. À medida que o ciclo de 11 anos da atividade solar - o ciclo solar - ganha força, a orla exterior da coroa irá expandir-se, dando à Parker Solar Probe uma maior probabilidade de estar dentro da coroa por períodos de tempo mais longos.
"É uma região realmente importante onde entrar porque pensamos que todos os tipos de física podem 'ligar-se'", disse Kasper. "E agora estamos a entrar nessa região e esperamos começar a ver alguma desta física e alguns destes comportamentos."
Focando-se na origem das "switchbacks"
Mesmo antes das primeiras viagens através da coroa, alguma física surpreendente já estava a emergir. Em recentes encontros solares, a Parker Solar Probe recolheu dados que indicavam a origem das estruturas em forma de ziguezague no vento solar, chamadas "switchbacks". Os dados mostraram que um ponto de origem das "switchbacks" está na superfície visível do Sol - a fotosfera.
Quando chega à Terra, a 150 milhões de quilómetros de distância, o vento solar é um vento de proa implacável de partículas e campos magnéticos. Mas à medida que escapa ao Sol, o vento solar é estruturado e desigual. Em meados da década de 1990, a sonda Ulysses da NASA-ESA passou pelos polos do Sol e descobriu um punhado de "dobras" em forma de S nas linhas do campo magnético do vento solar, que desviaram as partículas carregadas num percurso em ziguezague ao escaparem do Sol. Durante décadas, os cientistas pensaram que estas "switchbacks" ocasionais eram excentricidades confinadas às regiões polares do Sol.
Em 2019, a 34 raios solares do Sol, a Parker descobriu que as "switchbacks" não eram raras, mas comuns no vento solar. Isto renovou o interesse pelas características e levantou novas questões: de onde vinham? Eram forjadas na superfície do Sol, ou moldadas por algum processo que torce os campos magnéticos na atmosfera solar?
As novas descobertas, publicadas na revista The Astrophysical Journal, confirmam finalmente que um ponto de origem está próximo da superfície solar.
As pistas vieram quando a Parker orbitou mais perto do Sol na sua sexta passagem rasante, a menos de 25 raios solares. Os dados mostraram que as "switchbacks" ocorrem em zonas e têm uma maior percentagem de hélio - conhecido por vir da fotosfera - do que de outros elementos. As origens das "switchbacks" foram ainda mais detalhadas quando os cientistas encontraram as zonas alinhadas com funis magnéticos que emergem da fotosfera entre estruturas de células de convecção chamadas supergrânulos.
Para além de serem o local de nascimento das "switchbacks", os cientistas pensam que os funis magnéticos podem estar na 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 provêm algumas partículas do vento solar rápido.
"A estrutura das regiões com 'switchbacks' coincide com uma pequena estrutura de funil magnético na base da coroa," disse Stuart Bale, professor na Universidade da Califórnia, em Berkeley, autor principal do novo artigo sobre as "switchbacks". "Isto é o que esperamos de algumas teorias, e isto aponta uma fonte para o próprio vento solar."
Compreender onde e como emergem os componentes do vento solar rápido, e se estão ligados às "switchbacks", poderia ajudar os cientistas a responder a um mistério solar antigo: como a coroa é aquecida a milhões de graus, muito mais quente do que a superfície solar abaixo.
Embora as novas descobertas localizem a origem das "switchbacks", os cientistas ainda não podem confirmar como são formadas. Uma teoria sugere que podem ser criadas por ondas de plasma que rolam através da região como ondas oceânicas perto da costa. Outra afirma que são feitas por um processo explosivo conhecido como reconexão magnética, que se pensa ocorrer nas fronteiras onde os funis magnéticos se juntam.
"O meu instinto diz-me que, à medida que aprofundamos a missão e descemos cada vez mais perto do Sol, vamos aprender mais sobre a forma como os funis magnéticos estão ligados às 'switchbacks'," disse Bale. "E esperamos resolver a questão de qual o processo que as forma."
Agora que os investigadores sabem o que procurar, as passagens mais próximas da Parker podem revelar ainda mais pistas sobre as trocas de energia e outros fenómenos solares. Os dados que estão por vir vão permitir aos cientistas vislumbrar uma região que é crítica para superaquecer a coroa e para empurrar o vento solar a velocidades supersónicas. Tais medições da coroa serão críticas para a compreensão de eventos meteorológicos espaciais extremos que podem perturbar as telecomunicações e danificar os satélites em torno da Terra.
"É realmente emocionante ver as nossas tecnologias avançadas conseguirem levar a Parker Solar Probe mais perto do Sol que nunca, e ser capaz de devolver ciência tão incrível," disse Joseph Smith, executivo do programa Parker na sede da NASA. "Estamos ansiosos por ver o que mais a missão descobre à medida que se aventura cada vez mais perto nos próximos anos."
Quando a Parker Solar Probe passou pela coroa no seu nono encontro, a nave espacial voou por estruturas denominadas "serpentinas coronais". Estas estruturas podem ser vistas como características brilhantes movendo-se para cima nas imagens superiores e inclinadas para baixo nas imagens de baixo. Tal visão só é possível porque a nave voou acima e abaixo das serpentinas dentro da coroa. Até agora, as serpentinas só tinham sido vistas de longe. São visíveis da Terra durante os eclipses solares totais.
Crédito: NASA/APL John Hopkins/Laboratório de Pesquisa Naval
À medida que a Parker Solar Probe se aventura mais perto do Sol, está a atravessar para regimes desconhecidos e a fazer novas descobertas. Esta imagem representa as distâncias da Parker Solar Probe em relação ao Sol para alguns destes marcos e descobertas.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Mary P. Hrybyk-Keith
