Simulações de computador mostram que as explosões solares em miniatura apelidadas de 'fogueiras ", descobertas no ano passado pelo Solar Orbiter da ESA, provavelmente são impulsionadas por um processo que pode contribuir significativamente para o aquecimento da atmosfera externa do Sol, ou corona.

Este gráfico fornece um resumo do que a missão Solar Orbiter da ESA,  bem como a modelagem por computador, revelou sobre as fogueiras solares no primeiro ano da missão. As fogueiras são chamas solares em miniatura que se manifestam como clarões de curta duração na coroa inferior, enraizados nas concentrações de fluxo magnético da cromosfera. Eles foram identificados pela primeira vez nos dados do Extreme Ultraviolet Imager, e as simulações de computador estão fornecendo informações sobre os fenômenos do campo magnético que os conduzem. Crédito: Sun image: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA; Dados: Berghmans et al (2021) e Chen et al (2021).

Se confirmado por outras observações, acrescenta uma peça-chave para o quebra-cabeça do que aquece a coroa solar, um dos maiores mistérios da física solar. As fogueiras são um dos muitos assuntos que estão sendo discutidos em uma sessão dedicada aos primeiros resultados do Solar Orbiter na Assembleia Geral da União Europeia de Geociências (EGU) hoje.

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Aquecimento misterioso

O sol tem uma característica misteriosa: de alguma forma, a tênue atmosfera externa contém gás com uma temperatura de um milhão de graus, mas a superfície solar tem apenas 5.500°C. A lógica sugere que, se você tem um corpo muito quente no centro e relativamente frio na superfície, deve ficar ainda mais frio à medida que você se afasta. Mas a coisa peculiar sobre a coroa do sol e muitas outras estrelas também, é que ela começa a aquecer à medida que você se move acima da superfície. Muitas ideias foram apresentadas nas últimas décadas com base no campo magnético do Sol, mas como a energia é gerada, transportada e dissipada tem sido uma fonte de muito debate.

Digite Solar Orbiter, com um de seus principais objetivos para investigar mais profundamente este mistério.

Detalhes impressionantes já fornecidos pelas imagens da 'primeira luz' do Extreme Ultraviolet Imager (EUI) da Solar Orbiter poucos meses após o lançamento no ano passado e, desde então, revelou mais de 1.500 pequenos brilhos cintilantes apelidados de fogueiras. Essas fogueiras de curta duração duram entre 10 e 200 segundos e têm uma pegada que cobre entre 400 e 4000 km. Os eventos menores e mais fracos, que não haviam sido observados antes, parecem ser os mais abundantes e representam uma estrutura fina até então invisível da região onde se suspeita que o mistério do aquecimento esteja enraizado.

Modelos de fogueiras

Yajie Chen, um Ph.D. estudante da Universidade de Pequim, na China, trabalhando com o professor Hardi Peter do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar na Alemanha e colegas, usou um modelo de computador para mergulhar na física das fogueiras, com primeiros resultados empolgantes.

O Extreme Ultraviolet Imager (EUI) da missão Solar Orbiter da ESA capturou essas imagens do Sol em 23 de fevereiro de 2021. O filme começa com uma visão espetacular do Sol pelo Full Sun Imager da EUI. Mostra a região de transição do Sol, a quase 100 000ºC, que separa a cromosfera relativamente fria (a camada acima da fotosfera, a superfície visível do Sol) da corona muito mais quente (a atmosfera externa do Sol, que se estende por milhões de quilômetros no espaço). A imagem então se desvanece para mostrar a baixa coroa do Sol, que é aquecida a cerca de 1 milhão de graus. Ampliar com o Imager de alta resolução em luz ultravioleta extrema (cores amarelas) destaca os detalhes da corona. Segue-se uma comparação deslizante lado a lado com a cromosfera solar fria, fotografado pelo canal alfa de Lyman do gerador de imagens de alta resolução (cores rosa). Finalmente, o zoom em comprimentos de onda ultravioleta extremos revela fogueiras solares, que são os menores e brilhantes loops nessas imagens. Eles são comparados a explosões solares em miniatura, manifestando-se como clarões de curta duração na coroa inferior e parecem estar enraizados nas concentrações de fluxo magnético da cromosfera. Simulações de computador replicando as fogueiras sugerem que elas podem desempenhar um papel no aquecimento da coroa e parecem estar enraizados nas concentrações de fluxo magnético da cromosfera. Simulações de computador replicando as fogueiras sugerem que elas podem desempenhar um papel no aquecimento da coroa e parecem estar enraizados nas concentrações de fluxo magnético da cromosfera. Simulações de computador replicando as fogueiras sugerem que elas podem desempenhar um papel no aquecimento da coroa. Crédito: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA

"Nosso modelo calcula a emissão, ou energia do sol como você esperaria que um instrumento real mediria", explica Hardi. "O modelo gerou brilhos exatamente como as fogueiras. Além disso, ele traça as linhas do campo magnético, permitindo-nos ver as mudanças do campo magnético dentro e ao redor dos eventos de clareamento ao longo do tempo, nos dizendo que um processo chamado reconexão de componente parece estar em funcionamento."

A reconexão é um fenômeno bem conhecido pelo qual as linhas do campo magnético de direção oposta se quebram e se reconectam, liberando energia quando o fazem. A reconexão típica acontece entre as linhas de campo apontando em direções opostas, mas com a chamada reconexão de componentes as linhas de campo são quase paralelas, apontando em uma direção semelhante, com a reconexão acontecendo, portanto, em ângulos muito pequenos.

"Nosso modelo mostra que a energia liberada dos iluminadores por meio da reconexão dos componentes pode ser suficiente para manter a temperatura da coroa solar prevista a partir de observações", diz Yajie.

"Em um de nossos estudos de caso, descobrimos que a distorção de um cabo de fluxo [linhas de campo magnético helicoidal enrolando em torno de um eixo comum] inicia o aquecimento", acrescenta Hardi. "É empolgante encontrar essas variações e estamos ansiosos para ver que novas percepções que nossos modelos trazem para nos ajudar a melhorar nossas teorias sobre os processos por trás do aquecimento."

A equipe avisa que ainda é muito cedo. Eles usaram o modelo para observar sete dos eventos mais brilhantes gerados em sua simulação, que provavelmente correspondem às maiores fogueiras observadas pelo EUI. A chave para o avanço do estudo serão as observações conjuntas entre o EUI e o Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) e o espectrógrafo Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) assim que a missão científica da Solar Orbiter começar em novembro. O PHI revelará o campo magnético do sol e como ele muda na superfície, enquanto o SPICE medirá a temperatura e a densidade da corona.

Trabalho em equipe

Uma visão mais aprofundada das fogueiras também foi possibilitada pelo emparelhamento com o Solar Dynamics Observatory da NASA, que está em órbita ao redor da Terra, para triangular a altura das fogueiras na atmosfera solar.

"Para nossa surpresa, as fogueiras estão localizadas bem abaixo da atmosfera solar, apenas alguns milhares de quilômetros acima da superfície solar, a fotosfera", disse David Berghmans, Pesquisador Principal da EUI. "É muito cedo e ainda estamos aprendendo muito sobre as características da fogueira. Por exemplo, embora as fogueiras pareçam pequenas voltas coronais, seu comprimento é, em média, um pouco curto para a altura, sugerindo que só vemos parte delas em pequenos loops. Mas nossa análise preliminar também mostra que as fogueiras realmente não mudam sua altura durante sua vida, deixando-as de lado características semelhantes às do jato."

Evolução de uma fogueira solar. Crédito: Chen et al (2021)

Compreender as características das fogueiras e seu lugar entre outros fenômenos solares conhecidos permitirá aos cientistas mergulhar mais fundo no problema do aquecimento da coroa solar.

"Como é fantástico já ter dados tão promissores que podem fornecer uma visão sobre um dos maiores mistérios da física solar antes mesmo do Solar Orbiter ter começado sua fase de ciência nominal", disse Daniel Müller, cientista do projeto Solar Orbiter da ESA. "Nossa missão tem a sorte de se basear no incrível trabalho de base daqueles que já voaram antes e nas teorias e modelos já apresentados nas últimas décadas. Estamos ansiosos para ver quais detalhes estão faltando no Solar Orbiter - e a comunidade solar trabalhando com nossos dados contribuirá para resolver questões em aberto neste campo empolgante."

A Solar Orbiter está atualmente em 'fase de cruzeiro", focada principalmente na calibração de instrumentos, e iniciará observações coordenadas entre seu conjunto de dez instrumentos de sensoriamento remoto e in situ a partir de novembro deste ano.

Solar Orbiter é uma missão espacial de colaboração internacional entre a ESA e a NASA.

Mais informações: Y. Chen et al. Transient small-scale brightenings in the quiet solar corona: A model for campfires observed with Solar Orbiter, Astronomy & Astrophysics (2021). DOI: 10.1051/0004-6361/202140638

D. Berghmans et al. Extreme-UV quiet Sun brightenings observed by the Solar Orbiter/EUI, Astronomy & Astrophysics (2021). DOI: 10.1051/0004-6361/202140380

"Stereoscopy of extreme UV quiet Sun brightenings observed by Solar Orbiter/EUI" by A. Zhukov et al, submitted to Astronomy and Astrophysics.

The computer simulations described in this story were conducted at the Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) in Garching, Germany.

Media resources for the EGU General Assembly 2021 are available at www.egu.eu/gamedia/2021/

Fonte: Phys