Pela primeira vez na história, uma espaçonave "tocou" o sol.

A Parker Solar Probe da NASA agora voou através da atmosfera superior do Sol, a corona, experimentando partículas e campos magnéticos lá.

Impressão artística de Parker entrando na coroa solar. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA / Joy Ng

O novo marco representa um grande passo para a Parker Solar Probe e um grande salto para a ciência solar. Assim como o pouso na Lua permitiu aos cientistas entender como ela foi formada, tocar a própria matéria de que o Sol é feito ajudará os cientistas a descobrir informações críticas sobre nossa estrela mais próxima e sua influência no sistema solar. 

"Parker Solar Probe“ tocando o Sol ”é um momento monumental para a ciência solar e um feito verdadeiramente notável", disse Thomas Zurbuchen, administrador associado do Diretório de Missão Científica na sede da NASA em Washington. "Este marco não apenas nos fornece percepções mais profundas sobre a evolução de nosso Sol e seus impactos em nosso sistema solar, mas tudo que aprendemos sobre nossa própria estrela também nos ensina mais sobre estrelas no resto do universo”

À medida que circula mais perto da superfície solar, Parker está fazendo novas descobertas de que outras espaçonaves estavam muito longe para ver, incluindo de dentro do vento solar - o fluxo de partículas do Sol que podem nos influenciar na Terra. Em 2019, Parker descobriu que estruturas magnéticas em zigue-zague no vento solar, chamadas de switchbacks, são abundantes perto do sol. Mas como e onde eles se formam permanece um mistério. Reduzindo pela metade a distância ao Sol desde então, a Parker Solar Probe agora passou perto o suficiente para identificar um lugar onde se originaram: a superfície solar.

A primeira passagem pela corona - e a promessa de mais sobrevôos por vir - continuará a fornecer dados sobre fenômenos impossíveis de estudar à distância.

“Voando tão perto do Sol, a Parker Solar Probe agora detecta condições na camada magneticamente influenciada da atmosfera solar - a corona - que nunca podíamos antes”, disse Nour Raouafi, cientista do projeto Parker no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins em Laurel, Maryland. “Vemos evidências que estão na corona em dados do campo magnético, dados do vento solar e visualmente em imagens. Na verdade, podemos ver a espaçonave voando 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 dele do que qualquer nave espacial anterior. 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 as pressões crescentes empurram esse material para longe do Sol, ele atinge um ponto em que 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 necessária para atravessar essa fronteira torna-se o vento solar, que arrasta o campo magnético do Sol com ele enquanto atravessa o 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. 

Até agora, os pesquisadores não tinham certeza de onde estava exatamente a superfície crítica de Alfvén. Com base em imagens remotas da corona, as estimativas apontam para algo entre 10 e 20 raios solares da superfície do Sol - 4,3 a 8,6 milhões de milhas (6,9 a 13,8 milhões de quilômetros). A trajetória espiral da Parker a aproxima lentamente do Sol e, durante as últimas passagens, a espaçonave estava consistentemente abaixo de 20 raios solares (91 por cento da distância da Terra ao Sol), colocando-a em posição de cruzar a fronteira, se as estimativas estiverem corretas.

Em 28 de abril de 2021, durante seu oitavo sobrevoo do Sol, a Parker Solar Probe encontrou as condições magnéticas e de partículas específicas em 18,8 raios solares, cerca de 8,1 milhões de milhas (13 milhões de quilômetros) acima da superfície solar, que disseram aos cientistas que ela havia cruzado a superfície crítica de Alfvén pela primeira vez e finalmente entrou na atmosfera solar.

“Estávamos esperando que, mais cedo ou mais tarde, encontraríamos a corona por pelo menos um curto período de tempo”, disse Justin Kasper, autor principal de um novo artigo sobre o marco publicado na Physical Review Letters, e vice-chefe de tecnologia na BWX Technologies, Inc. e professor da Universidade de Michigan. “Mas é muito empolgante que já a tenhamos alcançado”

No olho da tempestade 

Durante o sobrevoo, a Parker Solar Probe entrou e saiu da corona várias vezes. Isso comprova o que alguns previram, que a superfície crítica de Alfvén não tem o formato 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 proveniente da superfície pode ajudar os cientistas a aprender como os eventos no Sol afetam a atmosfera e o vento solar.

Enquanto a Parker Solar Probe passava pela coroa no encontro nove, a espaçonave voou por estruturas chamadas streamers coronais. Essas estruturas podem ser vistas como feições brilhantes movendo-se para cima nas imagens superiores e inclinadas para baixo na linha inferior. Essa visão só é possível porque a espaçonave voou acima e abaixo dos streamers dentro da coroa. Até agora, os streamers só foram vistos de longe. Eles são visíveis da Terra durante eclipses solares totais. Crédito da imagem: NASA / Johns Hopkins APL / Laboratório de Pesquisa Naval

Em um ponto, conforme a Parker Solar Probe mergulhava para um pouco abaixo de 15 raios solares (cerca de 6,5 milhões de milhas) da superfície do Sol, ela transitou por uma característica na corona chamada pseudostreamer. Pseudoestreamers são estruturas massivas que se elevam acima da superfície do Sol e podem ser vistas da Terra durante os eclipses solares.

Passar pelo pseudostreamer foi como voar no centro de uma tempestade. Dentro do pseudostreamer, as condições se aquietaram, as partículas diminuíram e o número de switchbacks caiu, uma mudança dramática em relação à barragem 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. Essas condições foram 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. A Parker continuará em espiral mais perto do Sol, eventualmente chegando a 8,86 raios solares (3,83 milhões de milhas) da superfície. Os próximos sobrevoos, o próximo ocorrendo em janeiro de 2022, provavelmente trarão a Parker Solar Probe para cruzar através da corona novamente.

“Estou animado para ver o que a Parker encontra conforme ela passa repetidamente pela coroa nos anos que virão”, disse Nicola Fox, diretor de divisão da Divisão de Heliofísica na sede da NASA. “A oportunidade para novas descobertas é ilimitada”

O tamanho da coroa também é impulsionado pela atividade solar. Conforme o ciclo de atividade do Sol de 11 anos - o ciclo solar - aumenta, a borda externa da corona se expande, dando à Parker Solar Probe uma chance maior de permanecer dentro da corona por períodos mais longos.

“É uma região realmente importante para entrar porque achamos que todos os tipos de físicas podem ser ativados”, disse Kasper. “E agora estamos entrando nessa região e, com sorte, começaremos a ver algumas dessas físicas e comportamentos”.  

Limitando as origens do switchback

Mesmo antes das primeiras viagens pela coroa, alguma física surpreendente já estava surgindo. Em recentes encontros solares, a Parker Solar Probe coletou dados que indicam a origem de estruturas em forma de ziguezague no vento solar, chamadas de switchbacks. Os dados mostraram que um ponto em 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 é estruturado e irregular. Em meados da década de 1990, a missão Ulysses da NASA/Agência Espacial Europeia sobrevoou os polos do Sol e descobriu um punhado de bizarras dobras em forma de S nas linhas do campo magnético do vento solar, que desviou partículas carregadas em um caminho em switchbacks enquanto escapavam do sol. Por décadas, os cientistas pensaram que esses switchbacks ocasionais eram estranhezas confinadas às regiões polares do Sol.  

Em 2019, a 34 raios solares do Sol, a Parker descobriu que os switchbacks não eram raros, mas comuns no vento solar. Esse interesse renovado pelos recursos e levantaram novas questões: De onde eles estavam vindo? Eles foram forjados na superfície do Sol ou moldados por algum processo dos campos magnéticos de torção na atmosfera solar?

As novas descobertas, publicadas no Astrophysical Journal, finalmente confirmam que um ponto de origem está próximo à superfície solar. 

As pistas vieram enquanto a Parker orbitava mais perto do Sol em seu sexto sobrevoo, a menos de 25 raios solares de distância. Os dados mostraram que os switchbacks ocorrem em patches e têm uma porcentagem maior de hélio, conhecido por vir da fotosfera, do que outros elementos. As origens dos switchbacks foram ainda mais estreitos quando os cientistas encontraram as manchas alinhadas com funis magnéticos que emergem da fotosfera entre estruturas celulares de convecção chamadas supergrânulos.

Além de ser o berço dos switchbacks, os cientistas acreditam que os funis magnéticos podem ser o local de 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 algumas partículas do vento solar rápido vêm. 

“A estrutura das regiões com switchbacks combina com uma pequena estrutura de funil magnética na base da corona,” disse Stuart Bale, professor da Universidade da Califórnia, Berkeley, e principal autor do novo artigo em switchbacks. “Isso é o que esperamos de algumas teorias, e isso aponta uma fonte para o próprio vento solar”

Entender onde e como os componentes do rápido vento solar emergem, e se eles estão ligados a switchbacks, pode ajudar os cientistas a responder a um antigo mistério solar: como a corona é aquecida a milhões de graus, muito mais quente do que a superfície solar abaixo.

Embora as novas descobertas localizem onde os switchbacks 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 as ondas do oceano. Outra teoria afirma que eles são feitos por um processo explosivo conhecido como reconexão magnética, que ocorre nas fronteiras onde os funis magnéticos se juntam.

“Meu instinto é, à medida que nos aprofundamos na missão e nos aproximamos do Sol, vamos aprender mais sobre como os funis magnéticos estão conectados aos switchbacks”, disse Bale. “E esperançosamente resolver a questão de qual processo os fazem”

Conforme a Parker Solar Probe se aventura mais perto do Sol, ela atravessa condições desconhecidas e faz novas descobertas. Esta imagem representa as distâncias da Parker Solar Probe do Sol para alguns desses marcos e descobertas. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA / Mary P. Hrybyk-Keith

Agora que os pesquisadores sabem o que procurar, as passagens mais fechadas da Parker podem revelar ainda mais pistas sobre switchbacks e outros fenômenos solares. Os dados que virão permitirão aos cientistas um vislumbre de uma região que é crítica para superaquecer a coroa e empurrar o vento solar a velocidades supersônicas. Essas medições da coroa serão críticas para a compreensão e previsão de eventos climáticos espaciais extremos que podem interromper as telecomunicações e danificar satélites ao redor da Terra.

“É realmente empolgante ver nossas tecnologias avançadas terem sucesso em levar a Parker Solar Probe para mais perto do Sol do que nunca, e poder retornar uma ciência tão incrível”, disse Joseph Smith, executivo do programa Parker na sede da NASA. "Estamos ansiosos para ver o que mais a missão descobrirá à medida que se aventurar ainda mais perto nos próximos anos."

A Parker Solar Probe 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. O programa Living with a Star é administrado pelo Goddard Space Flight Center da agência em Greenbelt, Maryland, para o Science Mission Directorate da NASA em Washington. O Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland, gerencia a missão Parker Solar Probe para a NASA e projetou, construiu e opera a espaçonave.

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Referência:

GROH, Mara Johnson. NASA Enters the Solar Atmosphere for the First Time, Bringing New Discoveries. NASA - Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md, 14, dez. 2021. Disponível em: <https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-enters-the-solar-atmosphere-for-the-first-time-bringing-new-discoveries>. Acesso em: 15, dez. 2021.