Descobertas novas pistas para determinar o ciclo solar

Aproximadamente a cada 11 anos, o Sol passa por uma completa mudança de personalidade, de calmo e tranquilo para violentamente ativo.

© NASA/SDO (Sol)

Acima é vista uma composição de 25 imagens obtidas pelo SDO da NASA, entre Abril 2012 e Abril de 2013. A imagem revela as faixas de migração de regiões ativas na direção do equador durante esse período.

O pico da atividade do Sol, conhecido como máximo solar, é um momento de inúmeras manchas solares, pontuada com erupções profundas que enviam radiação e partículas solares para os confins do espaço.

No entanto, o "timing" do ciclo solar está longe de ser preciso. Desde o século XVII, época em que o Homem começou a registar manchas solares regularmente, que o tempo entre máximos solares sucessivos tem variado entre 9 e 14 anos, o que torna difícil determinar a sua causa. Agora, investigadores descobriram um novo marcador para acompanhar o progresso do ciclo solar, pontos brilhantes na atmosfera solar que permitem-nos observar a perturbação constante de material dentro do Sol. Estes marcadores facultam uma nova maneira de ver a forma como os campos magnéticos evoluem e movem-se pela nossa estrela. Também mostram que poderá ser necessário um ajuste substancial das teorias já estabelecidas sobre o que impulsiona este ciclo misterioso.

Historicamente, as teorias sobre o que está acontecendo dentro do Sol, para alimentar o ciclo solar, baseiam-se apenas num conjunto de observações: a detecção de manchas solares, um registo de dados que remonta a séculos atrás. Durante as últimas décadas os pesquisadores, ao perceberem que as manchas solares são áreas de campos magnéticos intensos, também têm sido capazes de incluir observações de medições magnéticas do Sol a mais de 145 milhões de quilômetros de distância.

"As manchas solares têm sido o marcador constante para a compreensão dos mecanismos que dominam o interior do Sol," afirma Scott McIntosh, cientista espacial no Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica em Boulder, Colorado (EUA), o primeiro autor de um artigo sobre estes resultados. "Mas os processos que fabricam manchas solares não são bem compreendidos e, muito menos, aqueles que governam a sua migração e o que leva ao seu movimento. Agora podemos ver que existem pontos brilhantes na atmosfera solar, que funcionam como bóias ancoradas ao que está acontecendo nas profundezas do Sol. Elas ajudam-nos a desenvolver um quadro diferente do interior da nossa estrela."

Ao longo de um ciclo solar, as manchas solares tendem a migrar progressivamente para latitudes mais baixas, movendo-se em direção ao equador. A teoria que prevalece é que dois grandes "loops" simétricos de material, em cada hemisfério solar, parecidos a correias transportadoras, varrem dos pólos para o equador onde penetram mais profundamente no Sol e, em seguida, fazem o seu caminho de volta aos pólos. Estas correias também movem o campo magnético através da agitada atmosfera solar. A teoria sugere que as manchas solares movem-se em sincronia com este fluxo, o rastreio de manchas solares tem permitido o estudo desse fluxo e as teorias acerca do ciclo solar têm sido desenvolvidas com base nesta progressão. Mas há muito que ainda permanece desconhecido: porque é que as manchas solares aparecem apenas a menos de 30º de latitude? O que faz com que as manchas solares de ciclos consecutivos virem abruptamente de polaridade magnética, de positivo para negativo, ou vice-versa? Porque é que a duração do ciclo é tão variável?

Desde 2010, McIntosh e colegas começaram a seguir o tamanho de áreas diferentes e equilibradas magneticamente no Sol, isto é, áreas onde existe um número igual de campos magnéticos que apontam para dentro e para fora do Sol. A equipe descobriu parcelas magnéticas em tamanhos nunca antes vistos, mas também avistou parcelas muito maiores do que aquelas observadas anteriormente, com o diâmetro de Júpiter. Os cientistas também analisaram estas regiões em imagens da atmosfera do Sol, a coroa, captadas pelo SDO (Solar Dynamics Observatory) da NASA. Eles notaram que pontos ubíquos de extrema luz ultravioleta e raios X, conhecidos como pontos brilhantes, preferem pairar em torno dos vértices destas grandes áreas, apelidadas de "nodos-g" devido à sua escala gigante.

Portanto, estes pontos brilhantes e nodos-g abrem todo um novo modo de rastrear os fluxos de material dentro do Sol. McIntosh e colegas em seguida recolheram informações sobre o movimento destas características ao longo dos últimos 18 anos, a partir de observações disponíveis da sonda SOHO e do SDO para monitorizar como o último ciclo solar progrediu e como o atual começou. Eles descobriram que bandas destes marcadores e, correspondentemente, os grandes campos magnéticos por baixo, também se moveram gradualmente em direção ao equador com o passar do tempo, ao longo do mesmo percurso que as manchas solares, mas começando a latitudes de aproximadamente 55 graus. Além disso, cada hemisfério do Sol tem geralmente mais do que uma destas bandas presentes.

McIntosh explica que esta interação complexa de linhas de campo magnético pode ter lugar no interior do Sol, que está em grande parte escondido da vista. As observações recentes sugerem que o Sol está preenchido com bandas diferentes de material magnético e polarizado que, quando se formam, movem-se gradualmente para o equador a partir de latitudes altas. Estas bandas têm uma polaridade magnética norte ou sul e o seu sinal alterna em cada hemisfério de tal forma que as polaridades sempre se cancelam. Por exemplo, ao olhar para o hemisfério norte do Sol, a banda mais próxima do equador, talvez de polaridade norte, teria linhas de campo magnético que a ligam com outra banda, a latitudes mais altas, de polaridade sul. Do outro lado do equador, na metade inferior do Sol, ocorre um processo semelhante, mas as bandas seria quase o reflexo daquelas do outro lado do equador, polaridades sul perto do equador e norte a latitudes mais altas. As linhas do campo magnético ligam as quatro bandas; dentro de cada hemisfério e também do outro lado do equador.

Enquanto as linhas do campo permanecem relativamente curtas como no exemplo anterior, o sistema magnético do Sol é mais calmo, produzindo menos manchas solares e menos erupções. Este é o mínimo solar. Mas assim que as duas bandas a baixas latitudes alcançam o equador, as suas polaridades essencialmente anulam-se mutuamente. Desaparecem abruptamente. Este processo migratório, do início ao fim no equador, demora em média 19 anos, mas é visto a variar entre 16 e cerca de 21 anos.

Após a batalha equatorial e cancelamento, o Sol fica com apenas duas grandes bandas que migraram até mais ou menos às latitudes 30 graus. As linhas do campo magnético destas bandas são muito mais longas e por isso as bandas em cada hemisfério sentem-se menos uma à outra. Neste ponto, as manchas solares começam a crescer rapidamente e a atividade desenvolve-se até ao máximo solar. No entanto, o crescimento dura um determinado tempo porque o processo de criar uma nova banda de polaridade oposta já começou em latitudes mais altas. Quando essa nova banda começa a aparecer, a ligação complexa entre as quatro bandas recomeça e o número de manchas solares diminui nas bandas a baixa latitude.

Neste cenário, é o ciclo da banda magnética, o tempo de vida de cada banda à medida que marcha para o equador, que realmente define todo o ciclo solar. "Assim, o ciclo solar de 11 anos pode ser visto como a sobreposição entre dois ciclos mais longos," afirma Robert Leamon, da Universidade Estatal do Montana, em Bozeman, EUA, da sede da NASA em Washington e co-autor do artigo.

Este novo modelo conceitual também fornece uma explicação do porquê das manchas solares ficarem presas abaixo dos 30º e porque mudam abruptamente de sinal. No entanto, o modelo ocasiona uma pergunta sobre uma linha de latitude diferente: porque é que os marcadores magnéticos, os pontos brilhantes e os nodos-g, começam a aparecer aos 55 graus?

"Acima dessa latitude, a atmosfera solar parece estar desligada da rotação abaixo," comenta McIntosh. "Portanto temos razões para acreditar que, dentro do Sol, a latitudes altas existe um movimento interno e evolução muito diferentes em comparação com a região perto do equador. A latitude 55º parece ser crítica para o Sol e é algo que precisamos de explorar ainda mais."

As teorias dos ciclos solares são melhor testadas ao fazer previsões de quando veremos o próximo mínimo e máximo solar. Esta pesquisa prevê que o Sol entrará no mínimo solar entre a segunda metade de 2017, e que as manchas solares do próximo ciclo começarão a aparecer perto do final de 2019.

Entretanto, independentemente da nova hipótese fornecida por McIntosh e colegas estar correta, este conjunto a longo prazo da posição dos pontos brilhantes e nodos-g oferece um novo tipo de observações para explorar os condutores da atividade solar além das manchas solares. A introdução desta informação em modelos solares vai proporcionar uma oportunidade para melhorar as simulações da nossa estrela. Estes modelos avançados dizem-nos também mais sobre outras estrelas, levando a uma melhor compreensão da atividade magnética em equivalentes celestes distantes.

Um artigo foi publicado na edição de 1 de Setembro da revista The Astrophysical Journal.

Fonte: NASA