Resolvido Mistério da Coroa Solar?

No Triennial Earth-Sun Summit (TESS), uma conferência que teve lugar esta semana em Indianapolis, nos Estados Unidos, várias equipas de cientistas apresentaram novos dados que sugerem que um dos mais resistentes mistérios da física solar — o mecanismo responsável pelo aquecimento da coroa solar — poderá finalmente ser resolvido. A coroa solar é uma região que circunda a superfície do Sol, onde o plasma atinge temperaturas de 1 milhão Kelvin. Os dados, recolhidos por observatórios espaciais e por instrumentos lançados em foguetes em vôos sub-orbitais, sugerem que as elevadas temperaturas da coroa solar são devidas a pequenas explosões, designadas por nanoflares, que ocorrem com regularidade na superfície do Sol.

A coroa solar fotografada durante um eclipse total do Sol. Ilhas Marshall, Julho de 2009. Crédito: Miloslav Druckmuller / SWNS.

A superfície a partir da qual a radiação produzida pelo Sol escapa para o espaço, designada por fotosfera, tem a amena temperatura de 5800 Kelvin (aproximadamente 5500 ºC) na sua base. Imediatamente acima existe uma outra região, a cromosfera, literalmente a “esfera de cor”, em que a temperatura primeiro diminui até uns 4400 Kelvin, na fronteira com a fotosfera, subindo depois até os 25 mil Kelvin, 2 mil km acima da fotosfera. A cromosfera é difícil de observar directamente, mas é bem visível como um anel cor-de-rosa ou avermelhado em torno do disco solar durante um eclipse total. A cor deve-se à intensa emissão de luz por átomos de hidrogénio na linha espectral H-alfa, nos 656 nanometros. Acima da cromosfera, e extendendo-se por milhões de quilómetros situa-se a coroa solar. Aqui, as temperaturas do plasma sobem dos 25 mil Kelvin no topo da cromosfera até mais de 1 milhão Kelvin, quase tão quente como o interior do Sol. Note-se, no entanto, que a densidade do plasma nesta região é muito baixa, apenas 1 milionésimo de milionésimo da densidade de material na fotosfera.

A variação da temperatura desde a fotosfera solar (laranja), passando pela cromosfera (vermelho) até à coroa solar (azul). Os pontos representam linhas de emissão visíveis a estas temperaturas como o cálcio (Ca II), Hélio (He II) e Ferro (Fe IX/X/XII/XV). Fonte: http://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2009/26/aa10601-08/img10.png.

O mecanismo responsável por estas temperaturas extremas é um dos mistérios da física solar que mais tem resistido às mentes inquisitivas dos cientistas, mas a solução deste problema poderá estar para breve. Os dados apresentados este ano no TESS parecem convergir para uma explicação que envolve nanoflares, versões mais pequenas das grandes explosões solares designadas por flares. Apesar de libertarem muito menos energia do que os seus primos graúdos e mais raros, os nanoflares ocorrem regularmente na superfície do Sol e parece ser essa energia, continuamente depositada na base da coroa, que eleva a temperatura do plasma até aos extremos observados.

Um flare solar normal — a mancha brilhante branca que satura o detector na parte inferior esquerda do disco. Este flare ocorreu em 22 de Outubro de 2012 numa região activa e pertenceu à classe mais energética designada por X. Estes flares normais são mil milhões de vezes mais energéticos do que os nanoflares, que os cientistas pensam poder aquecer a coroa solar. Crédito: NASA/SDO/Goddard.

Jim Klimchuk, do Goddard Space Flight Center da NASA, explicou que os novos dados suportam a teoria de que a coroa solar é aquecida por pequenas explosões chamadas nanoflares. Estas erupções atingem temperaturas incrivelmente elevadas, na ordem dos 10 milhões Kelvin, ainda mais quente do que a coroa. Klimchuk descreve assim os nanoflares:

As explosões são chamadas de nanoflares porque têm apenas 1 milésimo de milionésimo da energia de um flare normal. Apesar de serem tão pequenos, cada um liberta ainda assim o equivalente a uma bomba de hidrogénio de 10 megatoneladas. Milhões destes nanoflares ocorrem em cada segundo por toda a superfície solar e colectivamente aquecem a coroa.

Adrian Daw, também do Goddard Space Flight Center, apresentou dados recolhidos com o EUNIS (Extreme Ultraviolet Normal Incidence Spectrograph) que voou a bordo de um foguetão durante 15 minutos, em Dezembro de 2013. Durante esse curto período, o EUNIS, que foi concebido para detectar radiação emitida por plasma a temperaturas de 10 milhões Kelvin, detectou material a estas temperaturas extremas em regiões activas do Sol, que no entanto pareciam calmas noutros comprimentos de onda. Nestas regiões, tais temperaturas não poderiam ser devidas a flares convencionais pois estes teriam sido detectados facilmente pelos vários observatórios solares em órbita. Daw referiu ainda outras experiências, lançadas em foguetões em 2012 e 2013, que detectaram a presença deste plasma super quente no Sol.

Observações realizadas pelo EUNIS permitiram detectar nanoflares libertando tanta energia quanto uma bomba de hidrogénio de 50 megatoneladas. Ao contrário dos flares normais, os nanoflares ocorrem quase continuamente na superfície solar. As imagens mostram, da esquerda para a direita, detalhes na superfície do Sol a temperaturas de 10 milhões, 1 milhão e 100 mil Kelvin, respectivamente. A seta mostra plasma aquecido por um nanoflare. Crédito: Adrian Daw, NASA/GSFC.

Iain Hannah, um astrofísico da Universidade de Glasgow, na Escócia, utilizou o observatório NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), da NASA, para observar o Sol numa gama de comprimentos de onda correspondente aos raios-X mais energéticos, emitidos por material a temperaturas de milhões Kelvin. Hannah explica assim a importância destas observações:

Os raios X permitem-nos visualizar fenómenos de muito alta energia no Sol.

O NuSTAR observou raios-X provenientes de plasma super quente em regiões activas que não estavam associadas a flares. As observações permitem reconstruir a forma como as partículas libertadas num nanoflare são aceleradas e emitidas para o espaço, um passo crucial para compreender porque acontecem estas explosões.

Por fim, Stephen Bradshaw, da Universidade de Rice, apresentou um modelo computacional sofisticado que explica porque foi tão difícil detectar os nanoflares até agora e como eles poderão produzir e transferir energia para o plasma na coroa solar.

(Fonte: Phys.org)