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O SOL COMO NUNCA O VIMOS ANTES
20 de maio de 2022

 


A nave espacial Solar Orbiter da ESA/NASA fez a primeira das suas íntimas passagens pelo periélio a 26 de março de 2022. A nave voou mais perto do Sol do que o planeta Mercúrio, alcançando a sua maior aproximação a apenas 32% da distância da Sol-Terra. Estando tão perto do Sol, as imagens e os dados transmitidos são espetaculares.
Esta imagem foi obtida pelo EUI (Extreme Ultraviolet Imager) a 27 de março de 2022 e mostra o Sol a um comprimento de onda de 17 nanómetros. Este é o comprimento de onda emitido pelo gás a uma temperatura de cerca de um milhão de graus, que corresponde à temperatura da atmosfera exterior do Sol, a corona. O magnetismo estende-se do interior do Sol, prendendo alguns dos gases coronais e criando "loops" brilhantes que são fáceis de ver, alcançando o espaço no limbo do Sol.
A cor desta imagem foi adicionada artificialmente porque o comprimento de onda original detetado pelo instrumento é invisível ao olho humano.
Crédito: ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipa do EUI

 

Proeminências poderosas, vistas de cortar a respiração ao longo dos polos solares e um curioso "ouriço" solar estão entre o conjunto de imagens espetaculares, filmes e dados transmitidos pela sonda Solar Orbiter desde a sua primeira passagem próxima pelo Sol. Embora a análise do novo conjunto de dados só agora tenha começado, é já claro que a missão liderada pela ESA está a fornecer as mais extraordinárias informações sobre o comportamento magnético do Sol e a forma como este molda o clima espacial.

A passagem mais próxima da Solar Orbiter pelo Sol, conhecida como periélio, teve lugar no dia 26 de março. A nave espacial estava dentro da órbita de Mercúrio, a cerca de um-terço da distância Sol-Terra, e o seu escudo térmico atingia 500º C. Mas dissipou esse calor com a sua tecnologia inovadora para manter a nave segura e funcional.

A Solar Orbiter transporta dez instrumentos científicos - nove são liderados por Estados Membros da ESA e um pela NASA - todos trabalhando em estreita colaboração para proporcionar uma visão sem precedentes de como a nossa estrela local "funciona". Alguns são instrumentos de deteção remota que olham para o Sol, enquanto outros são instrumentos in-situ que monitorizam as condições em torno da nave espacial, permitindo com que os cientistas "unam os pontos" desde o que veem acontecer no Sol, até que a Solar Orbiter "sente", na sua localização, o vento solar a milhões de quilómetros de distância da estrela.

Quando se trata do periélio, claramente quanto mais perto a nave espacial está do Sol, melhores os detalhes que o instrumento de sensoriamento remoto consegue ver. E, por sorte, a nave também absorveu várias erupções solares e até uma ejeção de massa coronal dirigida à Terra, proporcionando um sabor de previsão meteorológica espacial em tempo real, um esforço que se está a tornar cada vez mais importante devido à ameaça que o clima espacial representa para a tecnologia e para os astronautas.

 

Apresentando o "ouriço" solar

"As imagens são realmente de cortar a respiração," diz David Berghmans, do Observatório Real da Bélgica, investigador principal do instrumento EUI (Extreme Ultraviolet Imager), que tira imagens de alta resolução das camadas inferiores da atmosfera do Sol, conhecida como a coroa solar. Esta região é onde se realiza a maior parte da atividade solar que impulsiona o clima espacial.

A tarefa agora para a equipa do EUI é compreender o que estão a ver. Esta não é uma tarefa fácil porque a Solar Orbiter está a revelar tanta atividade no Sol em pequena escala. Tendo detetado uma característica ou um evento que não conseguem reconhecer imediatamente, devem então vasculhar observações solares passadas, por outras missões espaciais, para ver se algo semelhante já foi visto antes.

"Mesmo que a Solar Orbiter deixasse de recolher dados amanhã, eu iria estar ocupado durante anos a tentar descobrir isto tudo," diz David Berghmans.

Uma característica particularmente apelativa foi vista durante este periélio. Por enquanto, tem sido apelidada de "ouriço". Estende-se por 25.000 quilómetros através do Sol e tem uma multidão de picos de gás quente e frio que se estendem em todas as direções.

 

Unindo os pontos

O principal objetivo científico da Solar Orbiter é explorar a ligação entre o Sol e a heliosfera. A heliosfera é a grande "bolha" espacial que se estende para lá dos planetas do nosso Sistema Solar. Está cheia de partículas eletricamente carregadas, a maioria das quais foram expelidas pelo Sol para formar o vento solar. É o movimento destas partículas e os campos magnéticos associados que criam o clima espacial.

Para traçar os efeitos do Sol na heliosfera, os resultados dos instrumentos in-situ, que registam as partículas e os campos magnéticos que varrem a nave espacial, devem ser rastreados até eventos na superfície visível do Sol ou perto dela, os quais são registados pelos instrumentos de deteção remota.

Esta não é uma tarefa fácil, uma vez que o ambiente magnético à volta do Sol é altamente complexo, mas quanto mais perto a sonda consegue chegar do Sol, menos complicado é seguir os eventos das partículas de volta ao Sol ao longo das "auto-estradas" das linhas do campo magnético. O primeiro periélio foi um teste chave disto e os resultados até agora permanecem muito promissores.

A 21 de março, alguns dias antes do periélio, uma nuvem de partículas energéticas varreu a nave espacial. Foi detetada pelo instrumento EPD (Energetic Particle Detector). É importante realçar que as mais energéticas chegaram primeiro, seguidas das que tinham energias cada vez mais baixas.

"Isto sugere que as partículas não são produzidas perto da nave espacial," diz Javier Rodríguez-Pacheco, da Universidade de Alcalá, Espanha, investigador principal do EPD. Ao invés, foram produzidas na atmosfera solar, mais perto da superfície do Sol. Enquanto atravessavam o espaço, as partículas mais rápidas seguiam em frente das mais lentas, como corredores num sprint.

No mesmo dia, a experiência RPW (Radio and Plasma Waves) viu-as chegar, captando o forte varrimento característico das frequências de rádio produzidas quando as partículas aceleradas - na sua maioria eletrões - espiralam para fora ao longo das linhas do campo magnético do Sol. A RPW detetou então oscilações conhecidas como ondas de Langmuir. "Estas oscilações são um sinal de que os eletrões energéticos chegaram à nave espacial," diz Milan Maksimovic, do LESIA (Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Atrophysique), Observatório de Paris, França, investigador principal da experiência RPW.

Dos instrumentos de deteção remota, tanto o EUI como o STIX (X-ray Spectrometer/Telescope) viram eventos no Sol que poderiam ter sido responsáveis pela libertação de partículas. Enquanto as partículas que fluem para o espaço são as que o EPD e a RPW detetaram, é importante lembrar que outras partículas podem viajar para baixo do evento, atingindo os níveis mais baixos da atmosfera do Sol. É aqui que entra o STIX.

 

Embora o EUI veja a luz ultravioleta libertada do local da erupção na atmosfera do Sol, o STIX vê os raios-X que são produzidos quando os eletrões acelerados pela erupção interagem com os núcleos atómicos nos níveis inferiores da atmosfera solar.

Exatamente como estas observações estão todas ligadas é agora uma questão para as equipas investigarem. Existem indícios da composição das partículas detetadas pelo EPD de que foram provavelmente aceleradas por um choque coronal num evento mais gradual em vez de impulsivamente a partir de uma erupção.

"Pode ser que tenham múltiplos locais de aceleração," diz Samuel Krucker, FHNW, Suíça, investigador principal do STIX.

Acrescentando outra reviravolta a esta situação, o MAG (Magnetometer) não registou nada de substancial na altura. No entanto, isto não é invulgar. A erupção inicial de partículas, conhecida como EMC (Ejeção de Massa Coronal), transporta um forte campo magnético que o MAG pode facilmente registar, mas as partículas energéticas do evento viajam muito mais depressa do que a EMC e podem preencher rapidamente grandes volumes do espaço, podendo portanto ser detetadas pela Solar Orbiter. "Mas se a EMC falhar a nave espacial, então o MAG não vê uma assinatura," diz Tom Horbury, Imperial College, Reino Unido, investigador principal do MAG.

Quando se trata do campo magnético, tudo começa na superfície visível do Sol, conhecida como fotosfera. É aqui que o campo magnético gerado internamente irrompe pelo espaço. Para saber o seu aspeto, a Solar Orbiter transporta o instrumento PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager). Este pode ver a polaridade magnética norte e sul na fotosfera, bem como a ondulação da superfície do Sol devido às ondas sísmicas que viajam através do seu interior.

"Fornecemos as medições do campo magnético na superfície do Sol. Este campo então expande-se, vai para a coroa e, basicamente, conduz todo o brilho e ação que se vê lá em cima," diz Sami Solanki, do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar, em Gotinga, Alemanha, investigador principal do PHI.

Outro instrumento, o SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment), regista a composição da coroa. Estes "mapas de abundância" podem ser comparados ao conteúdo do vento solar visto pelo instrumento SWA (Solar Wind Analyser).

"Isto irá acompanhar a evolução da composição do vento solar desde o Sol até à sonda e isso diz-nos mais sobre os mecanismos responsáveis pela aceleração do vento solar", diz Frédéric Auchère, investigador principal do SPICE, do IAS (Institut d'Astrophysique Spatiale), França.

 

Prevendo o clima espacial

Ao combinar dados de todos os instrumentos, a equipa científica será capaz de contar a história da atividade solar desde a superfície do Sol, até à Solar Orbiter e mais além. E esse conhecimento é exatamente o que vai pavimentar o caminho para um futuro sistema concebido para prever as condições meteorológicas espaciais na Terra em tempo real. No período que antecedeu o periélio, a Solar Orbiter chegou mesmo a ter uma ideia de como um tal sistema poderia funcionar.

A nave espacial estava a voar a montante da Terra. Esta perspetiva única significava que estava a monitorizar as condições do vento solar que iria atingir a Terra várias horas mais tarde. Uma vez que a sonda estava em contacto direto com a Terra, com os seus sinais a viajar à velocidade da luz, os dados chegaram ao solo em poucos minutos, prontos para análise. Por sorte, foram detetadas várias EMCs por volta desta altura, algumas delas dirigindo-se diretamente para a Terra.

A 10 de março, uma EMC varreu a nave espacial. Usando dados do MAG, a equipa foi capaz de prever quando iria subsequentemente atingir a Terra. O anúncio desta notícia nas redes sociais permitiu que os observadores do céu estivessem prontos para a aurora, que chegou devidamente cerca de 18 horas mais tarde, à hora prevista.

Esta experiência deu à Solar Orbiter um sabor do que é prever as condições meteorológicas espaciais na Terra em tempo real. Tal esforço está a tornar-se cada vez mais importante devido à ameaça que o clima espacial representa para a tecnologia e para os astronautas.

A ESA está atualmente a planear uma missão chamada ESA Vigil que estará estacionada num dos lados do Sol, olhando para a região do espaço na direção da Terra. A sua tarefa será a de observar EMCs a viajar por esta região, especialmente as que se dirigem para o nosso planeta. Durante o próprio periélio, a Solar Orbiter estava posicionada de modo que os seus instrumentos Metis e SoloHI pudessem fornecer exatamente este tipo de imagens e dados.

O instrumento Metis tira fotografias da coroa a uma distância de 1,7-3 raios solares. Ao apagar o disco brilhante do Sol, vê a ténue coroa. "Dá os mesmos detalhes que as observações dos eclipses totais a partir do solo, mas, em vez de alguns minutos, o Metis pode observar continuamente," diz Marco Romoli, da Universidade de Florença, Itália, investigador principal do Metis.

O SoloHI regista imagens feitas da luz solar dispersa pelos eletrões no vento solar. Uma proeminência em particular, de 31 de março, chegou à classe X, as proeminências solares mais energéticas conhecidas. Até à data, os dados ainda não foram analisados porque grande parte permanece na sonda à espera de transmissão. Agora que a Solar Orbiter está mais longe da Terra, a velocidade de transferência de dados abrandou e os investigadores têm que ser pacientes - mas estão mais do que prontos para começar a sua análise quando esses dados chegarem.

"Estamos sempre interessados nos grandes eventos porque produzem as maiores respostas e a física mais interessante, porque estamos a olhar para os extremos", diz Robin Colaninno, do Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos, Washington DC, investigadora principal do SoloHI.

 

Em breve

Não há dúvida de que as equipas dos instrumentos têm muito trabalho pela frente. O periélio foi um enorme sucesso e gerou uma vasta quantidade de dados extraordinários. E é apenas uma amostra do que está para vir. A sonda já está a navegar pelo espaço para se alinhar para a sua passagem seguinte pelo periélio - ligeiramente mais próxima do Sol - a 13 de outubro, a 0,29 vezes a distância entre o Sol e a Terra. Antes, a 4 de setembro, fará o seu terceiro "flyby" por Vénus.

A Solar Orbiter já tirou as suas primeiras fotografias das regiões polares largamente inexploradas do Sol, mas muito mais está ainda por vir.

No dia 18 de fevereiro de 2025, a Solar Orbiter encontrará Vénus pela quarta vez. Isto resultará no aumentar da inclinação da órbita da nave espacial para cerca de 17 graus. O quinto voo por Vénus, a 24 de dezembro de 2026, aumentará ainda mais esta inclinação para 24 graus e marcará o início da missão de "alta latitude".

Nesta fase, a Solar Orbiter vai ver as regiões polares do Sol mais diretamente do que nunca. Tais observações em linha de visão são a chave para desenredar o complexo ambiente magnético nos polos, que por sua vez podem guardar o segredo do ciclo de 11 anos de atividade solar.

"Estamos tão entusiasmados com a qualidade dos dados do nosso primeiro periélio," diz Daniel Müller, cientista do projeto Solar Orbiter da ESA. "É quase difícil de acreditar que isto é apenas o início da missão. Vamos estar de facto muito ocupados."

 

 


A característica intrigante no terço inferior da imagem, abaixo do centro, foi apelidada de ouriço solar. Atualmente, ninguém sabe exatamente o que é ou como se formou na atmosfera do Sol. A imagem foi captada a 30 de março de 2022 pelo EUI (Extreme Ultraviolet Imager) a um comprimento de onda de 17 nanómetros. Apenas dias antes, a Solar Orbiter tinha passado pelo seu primeiro periélio próximo. A apenas 32% da distância do Sol à Terra, isto colocou a nave espacial dentro da órbita do planeta Mercúrio.
Estar mais perto do Sol do que qualquer telescópio solar anterior permitiu ao EUI obter imagens requintadamente detalhadas da atmosfera solar. Estas estão a revelar o Sol como nunca antes e mostraram uma multiplicidade de características intrigantes como o ouriço, que embora classificado como uma característica de pequena escala ainda mede cerca de 25.000 km de largura, fazendo com que tenha cerca do dobro do diâmetro da Terra.
Os gases mostrados nesta imagem têm uma temperatura de cerca de um milhão de graus. A imagem foi codificada por cores porque o comprimento de onda original detetado pelo instrumento é invisível ao olho humano.
Crédito: ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipa do EUI


O evento de erupção solar de 21 de março de 2022 observado pela nave espacial Solar Orbiter da ESA/NASA e destaca o complexo ambiente magnético em que a nave espacial opera. A própria erupção ocorreu logo atrás da face visível do Sol, tal como vista pelo Solar Orbiter, mas ainda foi vislumbrada pelo EUI (Extreme Ultraviolet Imager) da Solar Orbiter e pelo instrumento STIX (X-ray Spectrometer/Telescope), à medida que a energia libertada na erupção subiu acima do limbo solar. No gráfico, a erupção de raios-X da fonte vista pelo STIX é marcada como um pequeno ponto vermelho, a onda de choque em expansão (verde/amarelo) foi vista pelo EUI.
O surto desencadeou uma erupção de partículas para o espaço, conhecida como uma ejeção de massa coronal, mas esta não se deslocou em direção à Solar Orbiter. Em vez disso, deslocou-se numa direção diferente através do Sistema Solar. No entanto, uma nuvem de partículas extremamente energéticas produzidas na erupção e provavelmente pela onda de choque impulsionada pela expansão da EMC começou a preencher o espaço perto do Sol, guiada pelo campo magnético do Sol. E algumas destas estavam a viajar em direção à Solar Orbiter.
A experiência RPW (Radio and Plasma Waves) da nave espacial viu-as chegar, captando o forte varrimento característico das frequências de rádio produzidas pelas partículas aceleradas - na sua maioria eletrões - em espiral para fora ao longo das linhas do campo magnético do Sol. A RPW detetou então oscilações conhecidas como ondas Langmuir quando as partículas varreram a nave espacial.
Simultaneamente, o EPD (Energetic Particle Detector) também registou uma nuvem de partículas energéticas a varrer a nave espacial. A curva de deteção diagonal mostra que as partículas mais energéticas chegaram primeiro, seguidas das de energias mais baixas que chegaram até várias horas mais tarde. Isto indica que as partículas foram produzidas longe da nave espacial, o que permitiu que as partículas mais rápidas se afastassem das mais lentas. As composições das partículas também são notadas.
Combinando os resultados dos instrumentos de deteção remota da Solar Orbiter com aqueles que registam as condições em torno da nave espacial, os investigadores podem seguir a cadeia de acontecimentos desde a superfície do Sol até à nave espacial e para além dela. Esta ciência de 'ligação' é um dos principais objetivos científicos da Solar Orbiter.
Crédito: ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipas dos instrumentos EPD, EUI, RPW & STIX


Os instrumentos EUI (Extreme Ultraviolet Imager) e STIX (X-ray Spectrometer/Telescope) a bordo da nave espacial Solar Orbiter da ESA/NASA capturaram uma erupção solar de uma região ativa na face do Sol a 2 de março de 2022. As imagens EUI mostram luz ultravioleta extrema com um comprimento de onda de 17 nanómetros (174 Ångstroms) sendo emitida por gases solares atmosféricos com uma temperatura de cerca de um milhão de graus Celsius.
O EUI obtém tanto imagens de disco completo utilizando o telescópio FSI (Full Sun Imager), como imagens detalhadas de uma região mais pequena utilizando o telescópio HRIEUV (High Resolution Imager). As deteções STIX foram sobrepostas nas imagens ampliadas do EUI HRIEUV. O STIX regista os raios-X em duas bandas de energia diferentes. Os raios-X menos energéticos são exibidos a vermelho, os raios-X mais energéticos são exibidos a azul. A erupção emite principalmente luz ultravioleta extrema e raios-X menos energéticos, mas à medida que se desenvolve, também gera alguns raios-X mais energéticos.
Crédito: ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipas EUI & STIX


No início de março de 2022, a nave espacial Solar Orbiter da ESA/NASA teve uma ideia de como um futuro sistema de previsão meteorológica espacial poderia funcionar. A 10 de março, uma proeminência solar produziu uma EMC (Ejeção de Massa Coronal) que foi direcionada para a Terra. As câmaras da missão SOHO (Solar and Heliospheric Observer) da ESA/NASA registaram o evento por volta das 22:06 UT. A Solar Orbiter também a observou do seu ponto de vista a cerca de 67 milhões de km do Sol.
No final do dia 11 de março, a EMC chegou à posição da Solar Orbiter para ser detetada pelo magnetómetro (MAG). As leituras podiam ser utilizadas para calcular a altura a que a EMC atingiria o campo magnético da Terra e a possível gravidade dos efeitos quando o fizesse. O instrumento SWA (Solar Wind Analyser) da Solar Orbiter também registou o evento como uma alteração nas propriedades do vento solar.
A 13 de março, a EMC finalmente passou por várias naves espaciais, incluindo a Wind da NASA, estacionada no ponto L1, que está a 99% da distância da Terra-Sol, a cerca de 1,5 milhões de km da Terra. Cerca de uma hora mais tarde, a EMC atingiu a Terra e provocou auroras nos céus da Terra.
Graças aos dados do MAG da Solar Orbiter, Christian Möstl, do Instituto de Investigação Espacial da Academia Austríaca de Ciências, foi capaz de prever a aurora. Ele publicou uma previsão nos meios de comunicação social a 12 de março, às 18:26 UT. Foi vista por J Bant Sexson IV, que colocou câmaras no Lago Eklutna, perto de Anchorage, Alasca. Por volta das 5 horas da manhã de 13 de março, à medida que o crepúsculo chegava, foi recompensado com uma breve mas excitante exibição auroral, que colocou nas redes sociais.
Crédito: imagem central do Sol - ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipa EUI; imagem da coroa - SOHO (ESA & NASA); dados da Solar Orbiter - ESA & NASA/Solar Orbiter/Equipas MAG & SWA; dados da Wind - NASA/GSFC/Wind; Aurora - J Bant Sexson IV


// ESA (comunicado de imprensa)
// Imagem de mais alta resolução de sempre do polo sul do Sol (ESA via YouTube)
// Ampliando o Sol no periélio (ESA via YouTube)
// Incrível energia solar (ESA via YouTube)
// Para o Sol e de volta (ESA via YouTube)
// O "ouriço" espacial da Solar Orbiter (ESA via YouTube)
// O "ouriço" espacial da Solar Orbiter - #2 (ESA via YouTube)

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Sol:
CCVAlg - Astronomia 
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Solar Orbiter:
ESA
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Wikipedia

 
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