O Sol é uma estrela variável? O Solar Dynamics Observatory (SDO) vai esclarecer

Uma idéia não ortodoxa tem recebido o suporte entre os astrônomos. A idéia contradiz alguns ensinamentos antigos sobre o Sol e desestabiliza pensamentos de observadores, especialmente dos climatologistas.

“O Sol é uma estrela variável!“, declarou categoricamente a astrofísica indiana, Dra. Lika Guhathakurta, cientista que trabalha no quartel general da NASA em Washington.

Mas o Sol nos parece tão constante, muitos afirmam…

+ Ouça a áudio palestra | + áudio Download

Constante? Não! Isto é apenas uma limitação do olho humano. Os telescópios modernos e espaçonaves que monitoram o Sol têm analisado seu brilho ofuscante e têm descoberto um turbilhão de desconcertantes e imprevisíveis tempestades. As ‘solar flares’ (erupções solares) explodem com o poder de um bilhão de bombas atômicas. Nuvens de gás ionizado ou ‘Ejeções de Massa Coronal’ (as CMEs – Coronal Mass Ejections) com tamanho suficiente para engolir planetas rompem a superfície solar. Buracos na atmosfera do Sol vomitam o vento solar a velocidade de milhões de km por hora.

E esses são eventos que podem acontecer de uma hora para outra, em apenas um dia na vida do Sol.

O Ciclo Solar é inconstante?

Durante longos períodos de décadas e séculos, as atividades solares tanto aumentam quanto diminuem em um ritmo complexo que os investigadores continuam a tentar classificar. A mais famosa ‘batida do coração solar’ é o ciclo solar de 11 anos das manchas solares, que tem sido descrita em diversos artigos sobre o Sol como um processo regular como um relógio. Na verdade, o Sol parece ter uma mente própria.

A duração do ciclo solar “não é nem mesmo 11 anos!”, exclamou a Dra. Guhathakurtha. Na verdade, “o ciclo solar apresenta uma duração variável entre 9 a 12 anos. Alguns ciclos bem são mais intensos, com muitas manchas e erupções solares, outros são bem leves, com pouca atividade solar. No século 17, durante houve um período anômalo chamado de ‘Mínimo de Maunder’, onde o ciclo solar simplesmente parou completamente por cerca de 70 anos e não sabemos até hoje as razões” deste comportamento.

Entretanto, nem é necessário ir para trás, tão longe no tempo, para encontrarmos um exemplo de imprevisibilidade do ciclo. Agora mesmo o Sol está saindo de um mínimo solar bem profundo, que há um século não presenciamos e que quase ninguém tinha previsto.

“A profundidade do mínimo solar em 2008-2009 realmente nos pegou de surpresa“, disse o especialista em manchas solares David Hathaway do Marshall Space Flight Center da NASA, em Huntsville, Alabama. “Ele destaca o quanto ainda temos que avançar para obter o êxito nas previsões das atividades solares.”

Essa imprevisibilidade solar é um realmente problema, porque a sociedade humana torna-se vez mais vulnerável aos solar flares mais intensos. Atualmente, a humanidade depende de uma rede interligada de sistemas de alta tecnologia que suportam a vida cotidiana. As redes de energia inteligentes, navegação GPS, viagens aéreas, serviços financeiros, comunicações de rádio de emergência, todos estes serviços podem ser nocauteado por uma eventual atividade solar intensa. Um estudo realizado em 2008 pela Academia Nacional das Ciências, a ‘tempestade solar do século’ poderia causar danos econômicos vinte vezes mais do que o furacão Katrina.

IMAGEM: Áreas vulneráveis a um colapso provável no sistema de energia nos EUA que poderiam ser causados por uma tempestade geomagnética extrema. Fonte: NOAA (National Academy of Sciences) [para saber mais clique aqui].

“Compreender a variabilidade solar é fundamental”, afirmou a cientista espacial Judith Lean do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington DC. “Nosso modo de vida moderna depende disto”.

Solar Dynamics Observatory (SDO) vai desvendar os segredos do Sol

Agora, o observatório espacial SDO (Solar Dynamics Observatory), recém lançado (11 de fevereiro de 2010), irá esclarecer os mistérios do Sol.

IMAGEM: a equipa científica do SDO – da esquerda para a direita vemos Dean Pesnell, Jennifer Rumburg, Chris St. Cyr e Lika Guhathakurta. Crédito: Nancy Atkinson [Universe Today]

O SDO é projetado para investigar variabilidade solar diferentemente de qualquer outra missão na história da NASA. Ele irá observar o Sol de forma mais rápida, mais profunda e em maior detalhe do que os observatórios anteriores, quebrando as barreiras de tempo e da escala de clareza que há muito tempo tem bloqueado o progresso da física solar.

Dra. Lika Guhathakurta acredita que o “SDO irá revolucionar nossa visão do Sol”.

A revolução começa com a fotografia de alta velocidade. SDO irá gravar imagens de alta qualidade no padrão IMAX do Sol a cada 10 segundos usando um banco de telescópios em múltiplos comprimentos de onda denominado Imaging Atmospheric Assembly (AIA). Para comparação, os observatórios existentes têm capturado imagens com intervalos de minutos na melhor das hipóteses com resolução semelhante a que você vê na web, não em com a qualidade de uma sala de cinema. Os pesquisadores julgam que a cadência rápida do SDO poderá ter um efeito tão revolucionário sobre a física solar quanto à invenção da fotografia de alta velocidade refletiu em muitas ciências, no século 19.

VÍDEO: estes campos magnéticos das manchas solares estão prestes a entrar em erupção. SDO irá tirar fotos como esta, só que em muito maior qualidade, com 10 vezes mais resolução (alta-definição), grandes e nítidas o suficiente para encher a tela de um cinema IMAX. [clique aqui para ver o vídeo]

SDO não vai se restringir a observar a superfície da nossa estrela. O instrumento Helioseismic Magnetic Imager (HMI) da SDO poderá efetivamente olhar dentro do Sol e observar especificamente o dínamo solar.

O dínamo solar é uma rede de fluxos profundos de plasma que gera o intrincado campo magnético explosivo do Sol. O dínamo solar regula todas as formas de atividade solar desde as rápidas erupções solares (solar flares) até a lenta evolução periódica do ciclo das manchas solares.

“Entender o funcionamento interno do dínamo solar tem sido ultimamente o ‘Santo Graal’ da física solar”, disse Dean Pesnell do Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland. “IHM pode, finalmente, entregar isso para nós.”

O dínamo está escondido de nossa visão por cerca de 225.000 km de plasma aquecido. O dispositivo HMI do SDO tem a capacidade de penetrar as camadas de gás ionizado, usando uma técnica familiar aos geólogos/sismólogos. Assim como os geólogos sondam o interior da Terra utilizando as ondas sísmicas geradas por terremotos, os físicos solares podem perscrutar o interior solar através da análise das ondas acústicas geradas pelas turbulências próprias do Sol fervente. O instrumento HMI detecta as ondas sísmicas solares, que os pesquisadores aqui na Terra conseguem transformar em visões claras do comportamento solar.

“É um pouco parecido como a utilização de um ultra-som de uma mãe grávida,” explicou Pesnell. “Nós podemos ver ‘o bebê’ direto através da pele.”

A importância do Ultravioleta Extremo (EUV)

Finalmente – mas da maior relevância imediata para a Terra – o SDO vai observar o Sol em comprimentos de onda onde o Sol é mais variável: o ultravioleta extremo (EUV). Os fótons EUV são ‘primos’ de alta energia dos raios ultravioletas (UV) regulares que nos causam queimaduras. Felizmente, a radiação EUV é bloqueada pela nossa atmosfera, senão um dia na praia poderia ser fatal. No espaço, a emissão EUV solar é fácil de se detectar e possivelmente trata-se do indicador mais sensível da atividade solar.

“Se os olhos humanos conseguissem ver os comprimentos de onda do EUV, ninguém teria mais alguma dúvida de que o Sol é uma estrela variável”, disse Tom Woods, da Universidade do Colorado em Boulder.

Durante uma tempestade solar, a emissão solar do ultravioleta extremo pode variar por fatores da ordem de centenas de milhares em questão de segundos. Disparos de fótons EUV aquecem a atmosfera superior terrestre, fazendo a atmosfera e “inchar” e arrastar para baixo os satélites nas órbitas inferiores. Os raios EUV também quebram átomos e moléculas, criando uma camada de íons na atmosfera superior que podem perturbar gravemente sinais de rádio. Segundo Judith Lean, “EUV controla o meio ambiente da Terra em toda a atmosfera superior, acima de cerca de 100 km” de altura.

“O EUV está onde a ação está”, concorda Woods.

É por isso que Woods e seus colegas construíram um sensor ultravioleta extremo para SDO chamado EUV Variability Experiment (“EVE”). O “EVE nos dará a mais alta resolução de tempo (10 segundos),e a mais alta resolução espectral (<0,1 nanômetro), que nós já tivemos para medir o Sol. Além disso, nós vamos ter isto em tempo integral, 24 horas por 7 dias da semana”, disse Woods. “Isto é uma grande melhoria sobre as missões passadas”.

Woods espera que o EVE irá nos revelar o quão rápido o Sol pode mudar, “nós realmente ainda não sabemos”, ele aponta, EVE irá surpreender os astrônomos demonstrando o tamanho das explosões.

EVE, AIA e IHM

Para os próximos cinco anos, o Solar Dynamics Observatory irá utilizar estes instrumentos (EVE, AIA e IHM) para redefinir os conceitos sobre a nossa estrela e seu potencial de variabilidade. Que idéias heterodoxas eles irão nos inspirar? E falando dos ensinamentos antigos sobre o Sol… Cuidado com eles! As teorias antigas podem estar com seus dias contados..

Irradiância Total Solar Média: uma constante inconstante!

Os astrônomos até então estavam tão convencidos da constância do Sol, que eles chamavam a irradiância solar total média de ‘constante solar’ e assim eles partiram para medí-la como fariam com qualquer constante da Natureza. Por definição, a constante de irradiação solar total é a quantidade de energia solar depositada no topo da atmosfera da Terra em unidades de watts por metro-quadrado. Todos os comprimentos de onda da radiação são incluídos de rádio, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios-x e assim por diante. O valor aproximado da ‘constante solar’ é 1.361 W/m² [calculado a partir dos dados do instrumento SORCE].

Nuvens, a absorção atmosférica e outros fatores complicam demasiadamente as medições da irradiância solar a partir da superfície da Terra. Por isto, a NASA tomou a decisão de enviar os dispositivos de medição para o espaço. Hoje, os observatórios VIRGO, ACRIM e SORCE têm realizado as medições com precisão aproximada de 10 partes por milhão por ano. Os futuros instrumentos programados para a missão GLORY da NASA e da espaçonave NPOESS da NOAA irão obter uma precisão ainda maior.

Para o espanto de muitos pesquisadores, as medições acusaram que a constante solar não é uma constante.

“A ‘constante solar’ é uma contradição”, exclamou Judith Lean do Laboratório de Pesquisa Naval. “Dados de satélite mostram que a irradiância total do Sol sobe e desce um montante significativo em função do ciclo das manchas solares.”

IMAGEM: medidas da missão SORCE indicam que a variabilidade da TIM (irradiância média total solar) tem decrescido nos últimos 6 anos [clique aqui para assistir o vídeo]

No máximo solar, o Sol é cerca de 0,1% mais brilhante do que é no mínimo solar. Isso pode até não parecer muito, mas considere o seguinte: Uma mudança de 0,1% em 1.361 W/m² corresponde a 1,4 Watts/m². Fazendo a média desse número sobre a Terra esférica e corrigindo levando em conta refletividade da Terra a diferença produz 0,24 watts por metro quadrado de nosso planeta.

“Some tudo isso e você terá uma grande quantidade de energia”, diz Lean. “Como isso pode afetar o tempo e o clima é uma questão de um caloroso debate”.

Porque o observatório SDO é especializado em comprimentos de onda ultravioleta extremo (EUV), o SDO não estará fazendo medições diretas da irradiância solar total, que exige sensibilidade em todo o espectro eletromagnético. No entanto, uma combinação de dados de SDO com os de outras espaçonaves que monitoram o Sol poderia lançar uma nova luz sobre este importante tema e talvez nos revelar também outras contradições.

GRÁFICO: dados da Irradiação Solar obtidos pelos diversos instrumentos desde 1978. Repare nas pequenas diferenças entre os valores medidos. Crédito: ACRIM

Fontes e referências

NASA: Solar Dynamics Observatory: The ‘Variable Sun’ Mission

Universe Today:

• The Solar Dynamics Observatory Soars to Study the Sun por Nancy Atkinson
• SDO Launch Scrub; Try Again Tomorrow por Nancy Atkinson
• NASA Sun Probe rolled to Pad; 10 hours to Blast off por Ken Kremer
• NASAs Solar Crown Jewel Bolted atop Atlas Rocket por Ken Kremer
• The Solar Dynamics Observatory in 3.5 Minutes por Nancy Atkinson
• NASA advanced Solar Observatory nearing February launch; will send IMAX like movies daily por Ken Kremer

ACRIM

SORCE

._._.