Pela primeira vez na história, uma Sonda espacial tocou o Sol

A Sonda Solar Parker da NASA já voou pela atmosfera superior do Sol – a coroa – e experimentou partículas e campos magnéticos lá. E agora pela primeira vez na história tocou o sol.

O novo marco marca um grande passo para a Sonda Solar Parker e um grande salto para a ciência solar. Assim como o pouso na Lua permitiu que os cientistas entendessem como ela foi formada, tocar as mesmas coisas que o Sol é feito ajudará os cientistas a descobrir informações críticas sobre nossa estrela mais próxima e sua influência no sistema solar.

“A Sonda Solar Parker “tocar o Sol” é um momento monumental para a ciência solar e um feito verdadeiramente notável”, disse Thomas Zurbuchen, administrador associado da Direção de Missão Científica na sede da NASA em Washington. “Não só esse marco nos fornece insights mais profundos sobre a evolução do nosso Sol e seus impactos em nosso sistema solar, mas tudo o que aprendemos sobre nossa própria estrela também nos ensina mais sobre estrelas no resto do universo.”

À medida que se aproxima da superfície solar, Parker está fazendo novas descobertas que outras naves estavam muito longe para ver, inclusive de dentro do vento solar – o fluxo de partículas do Sol que podem nos influenciar na Terra. Em 2019, Parker descobriu que as estruturas magnéticas em zigue-zague no vento solar, chamadas de retrocessos, são abundantes perto do Sol. Mas como e onde eles se formaram permaneceu um mistério. Reduzindo pela metade a distância até o Sol desde então, a Sonda Solar Parker passou perto o suficiente para identificar um lugar onde eles se originam: a superfície solar.

A primeira passagem pela coroa – e a promessa de mais sobrevoos por vir – continuará fornecendo dados sobre fenômenos que são impossíveis de estudar de longe.

“Voando tão perto do Sol, a Sonda Solar Parker agora sente condições na camada magneticamente dominada da atmosfera solar – a coroa – que nunca pudemos antes”, disse Nour Raouafi, cientista do projeto Parker no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins em Laurel, Maryland. “Vemos evidências de estar na coroa em dados de campo magnético, dados de vento solar e visualmente em imagens. Podemos realmente ver a espaçonave voando através de estruturas coronais que podem ser observadas durante um eclipse solar total.”

Artigo sobre o marco publicado na Physical Review Letters

A trajetória até o feito

A Parker Solar Probe foi lançada em 2018 para explorar os mistérios do Sol viajando mais perto dele do que qualquer nave espacial antes. Três anos após o lançamento e décadas após a primeira concepção, Parker finalmente chegou.

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 forças magnéticas. À medida que o calor e a pressão aumentam, ele atinge um ponto onde a gravidade e os campos magnéticos são muito fracos para contê-lo.

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 atravessar essa fronteira torna-se o vento solar, que arrasta o campo magnético do Sol com ele enquanto corre através do sistema solar, para a Terra e além. É importante ressaltar que, além da superfície crítica de Alfvén, o vento solar se move tão rápido que as ondas dentro do vento nunca podem viajar rápido o suficiente para voltar ao Sol – cortando sua conexão.

Em 28 de abril de 2021, durante seu oitavo sobrevoo do Sol, a Sonda Solar Parker encontrou as condições magnéticas e de partículas específicas a 18,8 raios solares (cerca de 8,1 milhões de milhas) acima da superfície solar que disse aos cientistas que havia atravessado a superfície crítica de Alfvén pela primeira vez e finalmente entrado na atmosfera solar.

Tempestade enfrentada

Quando a Sonda Solar Parker passou pela coroa no encontro nove, a espaçonave voou por estruturas chamadas flâmulas coronais. Essas estruturas podem ser vistas como características brilhantes movendo-se para cima nas imagens superiores e anguladas para baixo na linha inferior. Tal vista só é possível porque a espaçonave voou acima e abaixo dos flâmulas dentro da coroa. Até agora, flâmulas só foram vistas de longe. Eles são visíveis da Terra durante eclipses solares totais. Créditos: NASA/Johns Hopkins APL/Laboratório de Pesquisa Naval

Durante o sobrevoo, a Sonda Solar Parker entrou e saiu da coroa várias vezes. Isso é provado o que alguns previram – que a superfície crítica de Alfvén não tem a forma de uma bola lisa. Em vez disso, tem picos e vales que enrugam a superfície. Descobrir onde essas 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.

Em certo ponto, quando a Sonda Solar Parker mergulhou para pouco menos de 15 raios solares (cerca de 6,5 milhões de milhas) da superfície do Sol, ela transitou por uma característica na coroa chamada pseudostreamer. Pseudostreamers são estruturas massivas que sobem acima da superfície do Sol e podem ser vistas da Terra durante eclipses solares.

Passar pelo pseudostreamer foi como voar no olho de uma tempestade. Dentro do pseudostreamer, as condições se acalmaram, as partículas diminuíram, e o número de retornos caiu – uma mudança dramática da barragem ocupada de partículas que a espaçonave geralmente encontra no vento solar.

Pela primeira vez, a espaçonave se encontrou em uma região onde os campos magnéticos eram fortes o suficiente para dominar o movimento das partículas lá. Essas condições eram a prova definitiva de que a espaçonave havia passado pela superfície crítica de Alfvén e entrado na atmosfera solar onde campos magnéticos moldam o movimento de tudo na região.

A primeira passagem pela coroa, que durou apenas algumas horas, é uma das muitas planejadas para a missão. Parker continuará a se aproximar do Sol, chegando até 8,86 raios solares (3,83 milhões de milhas) da superfície. Os próximos voos, o próximo dos quais está acontecendo em janeiro de 2022, provavelmente trará a Sonda Solar Parker através da coroa novamente.

O tamanho da coroa também é impulsionado pela atividade solar. À medida que o ciclo de atividade de 11 anos do Sol – o ciclo solar – aumenta, a borda externa da coroa se expandirá, dando à Parker Solar Probe uma maior chance de estar dentro da coroa por períodos mais longos de tempo.

As origens do switchback

Mesmo antes das primeiras viagens pela coroa, algumas físicas surpreendentes já estavam surgindo. Em recentes encontros solares, a Parker Solar Probe coletou dados apontando a origem de estruturas em zigue-zague no vento solar, chamadas de switchbacks. Os dados mostraram que uma mancha que os switchbacks se originam está na superfície visível do Sol – a fotosfera.

Quando chega à Terra, a 93 milhões de milhas de distância, o vento solar é um vento contrário implacável de partículas e campos magnéticos. Mas à medida que escapa do Sol, o vento solar está estruturado e irregular. Em meados da década de 1990, a missão da NASA-Agência Espacial Europeia, Ulysses, sobrevoou os polos do Sol e descobriu um punhado de bizarras dobras em forma de S nas linhas de campo magnético do vento solar, que desviaram partículas carregadas em um caminho em zigue-zague enquanto escapavam do Sol. Durante décadas, os cientistas pensaram que essas trocas ocasionais eram esquisitices confinadas às regiões polares do Sol.

As pistas vieram quando Parker orbitou mais perto do Sol em seu sexto sobrevoo, menos de 25 raios solares para fora. Os dados mostraram que os retornos ocorrem em patches e têm uma porcentagem maior de hélio – conhecida por vir da fotosfera – do que outros elementos. As origens dos switchbacks foram ainda mais estreitadas quando os cientistas encontraram as manchas alinhadas com funis magnéticos que emergem da fotosfera entre estruturas celulares de convecção chamadas supergranules.

Além de ser o local de nascimento dos switchbacks, os cientistas acham que os funis magnéticos podem ser de onde um componente do vento solar se origina. O vento solar vem em duas variedades diferentes – rápidas e lentas – e os funis podem ser de onde vêm algumas partículas no vento solar rápido.

Enquanto as novas descobertas localizam onde os retornos são feitos, os cientistas ainda não podem confirmar como eles são formados. Uma teoria sugere que eles podem ser criados por ondas de plasma que rolam pela região como o surfe oceânico. Outro afirma que eles são feitos por um processo explosivo conhecido como reconexão magnética, que se pensa que ocorra nos limites onde os funis magnéticos se unem.

“Meu instinto é que, à medida que avançamos na missão e cada vez mais perto do Sol, vamos aprender mais sobre como os funis magnéticos estão conectados aos switchbacks” disse Bale.

Os dados que virão permitirão aos cientistas um vislumbre de uma região que é fundamental para superaquecer a coroa e empurrar o vento solar para velocidades supersônicas. Tais medições da coroa serão fundamentais para entender e prever eventos climáticos espaciais extremos que podem interromper as telecomunicações e danificar satélites ao redor da Terra.

A Sonda Solar Parker faz parte do programa Living with a Star da NASA para explorar aspectos do sistema Sol-Terra que afetam diretamente a vida e a sociedade

Fonte: Texto traduzido parcialmente do original em nasa.gov