Desde a década de 1960 que os astrónomos se interrogam como é que o "vento solar" supersónico do Sol, uma corrente de partículas energéticas que flui para o Sistema Solar, continua a receber energia depois de sair do Sol. Agora, graças a um feliz alinhamento de uma nave espacial da NASA e de uma outra da ESA/NASA, ambas atualmente a estudar o Sol, os astrónomos podem ter descoberto a resposta - conhecimento que é uma peça crucial do puzzle para ajudar os cientistas a prever melhor a atividade solar entre o Sol e a Terra.

Um artigo científico publicado na edição de 30 de agosto de 2024 da revista Science fornece evidências convincentes de que os ventos solares mais rápidos são alimentados por "switchbacks" magnéticos, ou grandes dobras no campo magnético, perto do Sol.

Esta impressão de artista mostra os "switchbacks" magnéticos, ou grandes inversões ou dobras no campo magnético do Sol. Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

"O nosso estudo aborda uma enorme questão em aberto sobre a forma como o vento solar é energizado e ajuda-nos a compreender como o Sol afeta o seu ambiente e, em última análise, a Terra", disse Yeimy Rivera, colíder do estudo e pós-doutorado no Observatório Astrofísico Smithsonian, parte do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian. "Se este processo acontece na nossa estrela local, é muito provável que este processo dê energia aos ventos de outras estrelas da Galáxia, a Via Láctea, e mais além, e pode ter implicações na habitabilidade dos exoplanetas."

Anteriormente, a Parker Solar Probe da NASA tinha descoberto que estas inversões eram comuns em todo o vento solar. A Parker, que se tornou a primeira nave a entrar na atmosfera magnética do Sol em 2021, permitiu aos cientistas determinar que as contracurvas se tornam mais distintas e mais poderosas perto do Sol. Até agora, porém, os cientistas não dispunham de evidências experimentais de que este interessante fenómeno deposita realmente energia suficiente para ser importante no vento solar.

"Há cerca de três anos, estava a dar uma palestra sobre o quão fascinantes são estas ondas", disse o coautor Mike Stevens, astrofísico do Centro de Astrofísica. "No final, um professor de astronomia levantou-se e disse: 'isso é muito bom, mas será que são realmente importantes?'"

Para responder a esta pergunta, a equipa de cientistas teve de utilizar duas naves espaciais diferentes. A Parker foi construída para voar através da atmosfera do Sol, ou "coroa". A missão Solar Orbiter da ESA e da NASA também está numa órbita que a leva relativamente perto do Sol e mede o vento solar a distâncias maiores.

A descoberta foi possível devido a um alinhamento coincidente em fevereiro de 2022 que permitiu à Parker Solar Probe e à Solar Orbiter medir o mesmo fluxo de vento solar com dois dias de diferença. A Solar Orbiter estava quase a meio caminho do Sol, enquanto a Parker estava a contornar o limite da atmosfera magnética do Sol.

"Inicialmente não nos apercebemos que a Parker e a Solar Orbiter estavam a medir a mesma coisa. A Parker viu este plasma mais lento perto do Sol, cheio de ondas invertidas, e depois a Solar Orbiter registou um fluxo rápido que tinha recebido calor e com muito pouca atividade de ondas", disse Samuel Badman, astrofísico do Centro de Astrofísica e o outro colíder do estudo. "Quando ligámos as duas medições, foi um verdadeiro momento eureka".

As observações conjuntas da missão Solar Orbiter, liderada pela ESA, e da Parker Solar Probe, da NASA, demonstraram que o vento solar rápido é aquecido e acelerado para longe do Sol por grandes deflexões nas linhas do campo magnético do Sol, conhecidas como "switchbacks" magnéticos ou ondas Alfvén. Embora as duas sondas estejam a operar a distâncias diferentes do Sol e em órbitas muito diferentes, em fevereiro de 2022, as sondas alinharam-se ao longo da mesma corrente de vento solar. Sabe-se que o vento solar rápido provém de configurações magnéticas conhecidas como buracos coronais, que canalizam as partículas carregadas para o espaço. Os buracos são locais onde o campo magnético do Sol não se volta para o interior do Sol, mas estende-se para as profundezas do Sistema Solar. No limite da coroa solar, sobre um buraco coronal, a Parker detetou vento solar com velocidades moderadas e temperaturas elevadas, juntamente com ondas Alfvén com muita energia. Voando para lá da órbita de Vénus, a Solar Orbiter mediu o mesmo vento dois dias depois. Nesta altura, as ondas Alfvén tinham quase desaparecido, enquanto o vento tinha acelerado significativamente. Embora a temperatura do vento na posição da Solar Orbiter seja mais baixa, é mais quente do que seria se o gás se tivesse expandido livremente. Comparando os números, a equipa de investigação concluiu que a energia magnética perdida estava a alimentar a aceleração e a abrandar o arrefecimento do vento solar, proporcionando algum aquecimento próprio. Isto responde à questão de décadas sobre de onde vem a energia para aquecer e acelerar as partes mais rápidas do vento solar. Crédito: ESA

Há muito que os cientistas sabem que a energia é transportada através da coroa solar e do vento solar, pelo menos em parte, através das chamadas "ondas Alfvén". Estas ondas transportam energia através de um plasma, o estado superaquecido da matéria que constitui o vento solar.

No entanto, não era possível medir o quanto as ondas Alfvén evoluem e interagem com o vento solar entre o Sol e a Terra - até estas duas missões terem sido enviadas para mais perto do Sol do que nunca, ao mesmo tempo. Agora, os cientistas podem determinar diretamente quanta energia é armazenada nas flutuações magnéticas e de velocidade destas ondas perto da coroa solar e quanto menos energia é transportada pelas ondas mais afastadas do Sol.

A nova investigação mostra que as ondas Alfvén, sob a forma de "switchbacks", fornecem energia suficiente para explicar o aquecimento e a aceleração documentados na corrente mais rápida do vento solar, à medida que este se afasta do Sol.

"Foi preciso mais de meio século para confirmar que a aceleração e o aquecimento das ondas Alfvén são processos importantes e que ocorrem aproximadamente da forma que pensamos", disse John Belcher, professor emérito do MIT (Massachusetts Institute of Technology), que codescobriu as ondas Alfvén no vento solar, mas não esteve envolvido neste estudo.

Para além de ajudar os cientistas a prever melhor a atividade solar e o clima espacial, esta informação ajuda-nos a compreender os mistérios do Universo noutros locais e a forma como as estrelas semelhantes ao Sol e os ventos estelares funcionam em todo o lado.

"Esta descoberta é uma das peças chave do puzzle para responder à questão, com 50 anos de existência, de como o vento solar é acelerado e aquecido nas porções mais interiores da heliosfera, aproximando-nos do encerramento de um dos principais objetivos científicos da missão da Parker Solar Probe", disse Adam Szabo, líder científico da missão na NASA.

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Northumbria (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science)

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