O sol é a estrela central do sistema solar e sustenta toda a vida na Terra

Esta visão do sol tirada pelo Solar Dynamics Observatory destaca a atmosfera externa do sol, chamada de coroa, bem como o plasma quente. Crédito da imagem: Cortesia da NASA/SDO e das equipes científicas AIA, EVE e HMI.

O sol é uma estrela anã amarela no centro do sistema solar, e é o maior objeto, mais brilhante e mais massivo do sistema.

O sol se formou há cerca de 4,5 bilhões de anos. Naquela época, a área da galáxia Via Láctea que se tornaria o sistema solar consistia em uma densa nuvem de gás, os restos de uma geração anterior de estrelas. A região mais densa dessa nuvem colapsou e deu origem à protoestrela que se tornaria o sol. À medida que essa jovem protoestrela crescia, planetas, luas e asteroides se formavam ao seu redor a partir do que restava dessa matéria-prima, ligada em órbita à sua estrela-mãe por sua imensa gravidade.

No coração do sol, essa mesma força desencadeou a fusão nuclear que alimenta a estrela. O calor e a luz dessa reação nuclear permitiram que a vida na Terra evoluísse e prosperasse. No entanto, essa reação acabará levando a morte do sol, pois o sol acabará ficando sem combustível nuclear.

O SOL É UMA ESTRELA?

O diagrama Hertzsprung Russell, que os astrônomos usam para categorizar o atual estágio de existência de uma estrela. Pelo centro corre a sequência principal, onde fica o nosso sol. Em bilhões de anos, nossa estrela migrará para o ramo gigante e, depois de um bilhão de anos aqui, ela se moverá para a seção anã branca do diagrama no canto inferior esquerdo. Crédito da imagem: ESO

Apesar de sua importância para os humanos e toda a vida na Terra, nossa estrela anã amarela é bastante média. Em comparação com outras estrelas, tanto a massa do Sol de cerca de (2 x 10³° quilogramas) quanto seu diâmetro de cerca de 1,392 milhão de quilômetros (865.000 milhas) são bastante típicos, os astrônomos observaram muitas estrelas menores, bem como estrelas com centenas de vezes essa massa. 

Uma coisa que realmente diferencia o sol de outras estrelas é o fato de estar sozinha no espaço. A maioria das estrelas, até 85%, existe em sistemas binários com uma estrela companheira, enquanto muitas outras estrelas existem em sistemas com ainda mais estrelas, de acordo com o Australia Telescope National Facility.

DO QUE É FEITO O SOL?

O conceito do sol de um artista sendo observado pela Parker Solar Probe da NASA. Crédito da imagem: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

O sol está no período da vida de um corpo estelar em que funde hidrogênio para criar hélio. A diferença de massa entre os átomos de hidrogênio e o átomo filho de hélio é liberada como energia, o calor e a luz que sustentam nosso planeta. Isso é chamado de sequência principal.

Antes da sequência principal, estrelas como o sol existiam como protoestrelas, reunindo massa de seus arredores e crescendo até a massa necessária para iniciar a fusão.

Como todas as estrelas da sequência principal, a maior parte da massa do Sol é composta de hidrogênio, com algum hélio e traços de elementos mais pesados, que são referidos como a metalicidade ou “Z” de uma estrela (a definição astronômica de um metal é "qualquer elemento mais pesado que o hélio").

A proporção da massa do sol é de 73% de hidrogênio, 25% de hélio e 2% de metais. As gerações de estrelas que precederam o Sol teriam proporções de metais menores do que esta, enriquecendo suas galáxias com elementos mais pesados após suas mortes.

Quanto maior a estrela, mais rapidamente ela queima seu conteúdo de hidrogênio; algumas das maiores estrelas, como aquelas com massa 40 vezes maior que a do Sol, têm vida útil tão curta quanto um milhão de anos em comparação com a vida da sequência principal do Sol de cerca de 10 bilhões de anos, de acordo com a Swinburne University of Technology, na Austrália.

QUAL É A TEMPERATURA DO SOL?

Uma ilustração das camadas do sol. As temperaturas variam em diferentes partes do sol e sua atmosfera. Crédito da imagem: NASA/Goddard

O núcleo do sol atinge temperaturas de 27 milhões de graus Fahrenheit (15 milhões de graus Celsius). A maioria do hidrogênio no núcleo do sol existe como plasma ionizado porque as condições lá são quentes e violentas o suficiente para retirar os elétrons dos átomos constituintes.

No entanto, o núcleo do sol e este poderoso motor estão fora de vista. A parte mais profunda do sol que vemos da Terra é a fotosfera, que vagamente passa como uma "superfície" para essa bola de plasma. A temperatura da fotosfera varia de cerca de 6.700 F a 14.000 F (3.700 C a 7.700 C).

Acima da fotosfera está a atmosfera solta e tênue do sol, conhecida como coroa. A coroa não é visível da Terra em condições normais, pois a luz que emite é superada pela da fotosfera. A coroa, no entanto, representa um dos mistérios mais significativos que cercam o sol. 

Os modelos teóricos das estrelas dos cientistas sugerem que elas devem se tornar mais quentes à medida que se move em direção ao seu centro, como é visto nas regiões do sol entre a fotosfera e o núcleo, chamadas de cromosfera e região de transição, onde as temperaturas sobem acentuadamente para 900.000 F (500.000 C), de acordo com a NASA. 

No entanto, a coroa a uma temperatura de cerca de 900.000 F ou mais, é na verdade muitas vezes mais quente que a fotosfera 2.100 km (1.300 milhas) abaixo dela.

O QUE ALIMENTA O SOL?

A primeira imagem publicada do Sol pelo Telescópio Solar Daniel K. Inouye é a imagem de maior resolução da nossa estrela até hoje. Crédito da imagem: NSO/NSF/AURA

A principal fonte de energia radiante do sol é um processo de fusão chamado cadeia próton-próton (cadeia pp). No sol, a mais dominante dessas reações é a cadeia ppI. Ocorrendo como pressão gravitacional no núcleo do sol, é grande o suficiente para forçar núcleos atômicos de hidrogênio, superar sua carga positiva e criar átomos mais pesados.

O efeito geral da cadeia ppI é pegar quatro átomos de hidrogênio e fundi-los para criar um átomo de hélio, dois pósitrons, dois neutrinos e dois fótons de raios gama, representando a maior parte da energia radiativa do sol.

Como o núcleo do Sol é rico em elétrons soltos, os dois pósitrons são rapidamente aniquilados, enquanto os raios gama saltam em torno do denso interior da estrela por algum tempo antes de escaparem, o que significa que a partícula filha desse processo que escapa primeiro é o neutrino de massa incrivelmente baixa e sem carga.

O sol produz neutrinos solares em tal abundância que cerca de 100 bilhões deles passam por uma área do tamanho de uma miniatura do seu corpo a cada segundo, de acordo com o Fermi National Accelerator Laboratory. 

Isso mostra que o sol está consumindo muito hidrogênio para sustentar sua luminosidade de 3,846 × 1026 Watts, então quanto tempo antes de acabar e o que acontece então?

QUANDO O SOL VAI MORRER?

A estrela gigante vermelha Camelopardalis. Nosso sol acabará se tornando uma gigante vermelha e, à medida que se expande, engolirá seus planetas mais próximos, incluindo a Terra. Crédito da imagem: ESA/NASA

O sol está na metade de sua vida na sequência principal e vem fundindo hidrogênio há cerca de 4,5 bilhões de anos. Nossa estrela está travada em uma batalha perpétua, pois a pressão de radiação externa fornecida pela fusão nuclear equilibra as forças gravitacionais internas. Quando o hidrogênio no coração do sol se esgotar em cerca de 5 bilhões de anos, não haverá mais uma força que se oponha à força interna da gravidade. 

O centro do sol sofrerá um colapso gravitacional, comprimindo-se em um núcleo densamente compacto. Isso irá desencadear a fusão do hélio em elementos ainda mais densos como carbono, nitrogênio e oxigênio.

Enquanto isso acontece, as conchas externas do sol experimentarão um efeito oposto, pois o calor gerado por esses novos processos de fusão faz com que elas se expandam para fora, de acordo com a NASA. Esta é uma má notícia para os planetas internos do sistema solar, incluindo a Terra.

À medida que o sol entra nessa fase e se torna o que é conhecido como uma gigante vermelha, sua camada externa vai inchar e se expandir em torno da órbita de Marte, consumindo os planetas internos, incluindo a Terra. A fase de gigante vermelha não é o estado final do sol, no entanto.

O SOL SE TORNARÁ UM BURACO NEGRO?

Esta ilustração da NASA mostra um buraco negro solitário no espaço, com sua gravidade distorcendo a visão de estrelas e galáxias ao fundo. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA; fundo, ESA/Gaia/DPAC

Para estrelas com massa em torno de pelo menos 20 vezes a do Sol, esse processo de colapso e o desencadeamento da fusão se repetirá muitas vezes, sintetizando elementos progressivamente mais pesados até a massa atômica do ferro.

Eventualmente, isso resulta em uma poderosa explosão cósmica chamada supernova, e a estrela massiva sofre um colapso gravitacional final para se tornar uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, um objeto tão denso que em sua vizinhança nem mesmo a luz pode escapar de sua influência gravitacional.

Para estrelas com a massa do nosso sol, no entanto, as camadas externas que incham durante a fase de gigante vermelha tornam-se uma nebulosa planetária circundante, mas são eliminadas após aproximadamente 1 bilhão de anos. Isso expõe o núcleo fumegante da estrela, que está neste ponto em um estado denso de existência chamado anã branca.

Como uma anã branca, nosso sol escurece, e o material que ele derramou em sua agonia forma o que é conhecido como uma nebulosa planetária ao seu redor, um nome um pouco confuso, pois tem pouco a ver com planetas reais. Este material acabará por se espalhar ainda mais do remanescente estelar e passará a formar os blocos de construção da próxima geração de estrelas e planetas, garantindo assim o papel da nossa estrela no ciclo de vida estelar do universo.

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RECURSOS ADICIONAIS

• A Solar Parker recentemente se tornou a primeira nave construída pelo homem a "tocar" a atmosfera externa do sol. Uma de suas principais missões será determinar por que a coroa é tantas vezes mais quente que a fotosfera. Você pode aprender mais sobre a sonda e sua missão no canal do YouTube da NASA. https://www.youtube.com/watch?v=LkaLfbuB_6E&t=88s
• Como as nuvens de gás e poeira sofrem o colapso gravitacional que as transformará em estrelas como o sol? A equipe do Telescópio Espacial James Webb dá uma explicação. https://www.youtube.com/watch?v=L2d7joOgVLg
• E sobre o tema do colapso gravitacional. A Khan Academy explica os processos que transformam estrelas mais massivas que o nosso Sol em estrelas de nêutrons e buracos negros. https://www.youtube.com/watch?v=UhIwMAhZpCo

BIBLIOGRAFIA

• Jornal Informativo do Sol, NASA Goddard Flight Center, acessado em 05/03/22 https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html
• Vida útil da sequência principal, Swinburne University of Technology, acessado em 05/03/22 https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/m/main+sequence+lifetime
• Estrelas Binárias, Australia National Telescope Facility, acessado em 03/05/22, https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/binary_intro.html#:~:text=Actually%20most%20stars% 20são%20pol,distâncias%20de%20binários%20variam%20enormemente
• Verde. SF, Jones. MH, "Uma Introdução ao Sol e às Estrelas", Cambridge University Press, [2015].
• Envelhecimento da Gigante, NASA, acessado em 05/03/22 [ https://exoplanets.nasa.gov/life-and-death/chapter-6/ ]
• Por que o Sol não se tornará um buraco negro, NASA, acessado em 05/03/22, https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2019/why-the-sun-wont-become-a- buraco negro
• Camadas do Sol, NASA, acessado em 05/03/22, https://www.nasa.gov/mission_pages/iris/multimedia/layerzoo.html
• O diagrama de Hertzsprung-Russell, New Mexico State University, acessado em 05/03/22, http://astronomy.nmsu.edu/geas/lectures/lecture23/slide02.html

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Referência:

LEA, Robert. The sun: Facts about the bright star at the center of the solar system. Live Science, 16, mar. 2022. Disponível em: <https://www.livescience.com/what-is-the-sun>. Acesso em: 16, mar. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.