Desvendados segredos de explosão de nuvem de plasma no Sol

O sol expele esporadicamente trilhões de toneladas de gás de hidrogênio a milhões de graus em explosões chamadas "ejeções de massa coronal".

taniager

08 Novembro 2010 | 13h25

Uma protuberância da explosão é observada usando fótons em comprimento de onda de 304Å. Uma protuberância evidencia normalmente a parte à direita de uma estrutura maior da corda de fluxo CME. Os filamentos de plasma estriados são organizados por campos magnéticos nas vertentes de uma

Uma protuberância da explosão é observada usando fótons em comprimento de onda de 304Å. Uma protuberância evidencia normalmente a parte à direita de uma estrutura maior da corda de fluxo CME. Os filamentos de plasma estriados são organizados por campos magnéticos nas vertentes de uma "corda". Neste instantâneo, o ápice está cerca de 300 mil km acima da superfície solar, uma distância igual à perto de 24 Terras colocadas lado a lado. A imagem foi obtida em 14 de setembro de 1999, pelo instrumento IET da nave espacial SOHO. Tanto a SOHO como a STEREO são missões de cooperação entre a Agência Espacial Europeia (ESA) e a NASA. Crédito: European Space Agency (ESA) and NASA

O sol expele esporadicamente trilhões de toneladas de gás de hidrogênio a milhões de graus em explosões chamadas ejeções de massa coronal (CMEs). Essas nuvens são enormes em tamanho (abrangendo milhões de quilômetros) e são compostas de gases de plasma magnetizados, tão quentes que os átomos de hidrogênio são ionizados. As CMEs são aceleradas rapidamente por forças magnéticas para velocidades de centenas de quilômetros por segundo chegando a mais de 2000 quilômetros por segundo em várias dezenas de minutos. As CMEs estão estreitamente relacionadas com as labaredas solares e, quando colidem com a terra, podem desencadear um visual de aurora boreal espetacular. Elas também induzem fortes correntes elétricas na atmosfera de plasma da terra (magnetosfera e ionosfera), levando às interrupções nas telecomunicações e sistemas de GPS, e até mesmo ao colapso das redes de energia elétrica se as perturbações forem muito graves.

Desde a primeira observação de uma labareda solar em 1859, erupções solares (“explosões”) têm atraído muita atenção dos cientistas ao redor do mundo e têm sido estudadas com uma sucessão de missões de satélites internacionais cada vez mais sofisticadas nas últimas três décadas. O grande desafio reside em que as estruturas enormes e complicadas de plasma acelerando para fora do Sol só podem ser observadas remotamente. Como resultado, tem sido difícil testar modelos teóricos para estabelecer um entendimento correto dos mecanismos que provocam tais erupções. Mas em 2006, foi lançada uma missão internacional de satélites gêmeos, chamada STEREO, para observar continuamente as estruturas de plasma em erupção desde o Sol até a Terra.

Agora, usando os dados do STEREO, uma nova pesquisa elaborada pelos cientistas no Naval Research Laboratory (NRL) em Washington D.C, EUA, demonstrou pela primeira vez que o movimento observado de nuvens de plasma em erupção impulsionadas por forças magnéticas pode ser explicado corretamente por um modelo teórico. Os trabalhos foram apresentados no 52ª Encontro Anual da Divisão de Física de Plasma da APS.

Representação artística de um modelo expandido de uma corda de fluxo CME, o qual está prestes a colidir com a Terra. O azul escuro representa um campo magnético fraco calculado (da ordem de 15 nanotesla) enquanto o vermelho mostra um campo forte (da ordem de 1 gauss). Uma “linha de campo” magnética representativa é ilustrada. Crédito: J. Chen and V. Kunkel.

Representação artística de um modelo expandido de uma corda de fluxo CME, o qual está prestes a colidir com a Terra. O azul escuro representa um campo magnético fraco calculado (da ordem de 15 nanotesla) enquanto o vermelho mostra um campo forte (da ordem de 1 gauss). Uma “linha de campo” magnética representativa é ilustrada. Crédito: J. Chen and V. Kunkel.

A teoria, controversa quando foi proposta pela primeira vez em 1989 pelo Dr. James Chen da NRL, baseia-se no conceito de que uma nuvem de plasma em erupção é uma gigante “corda de fluxo magnético”, uma corda de linhas de campo magnético “torcida” em forma de uma rosca parcial. Chen Valbona Kunkel, um estudante de doutorado da Universidade George Mason, aplicou este modelo aos novos dados da missão STEREO sobre as nuvens CMEs e mostrou que as soluções teóricas estão de acordo com as trajetórias medidas das nuvens ejetadas dentro de todo o campo de visão desde o Sol até a Terra.

As posições do avanço (leading edge – LE) de uma CME que eclodiu em 24 de Dezembro de 2007 foram rastreadas pela espaçonave STEREO-A, desde as fases iniciais da erupção até sua chegada em 1 AU aproximadamente, cinco dias depois. O campo magnético e os parâmetros de plasma foram medidos pela espaçonave STEREO-B. A concordância entre a teoria e dados está dentro de um por cento da posição medida do LE. Os resultados de Chen e Kunkel mostram que o campo magnético teoricamente previsto e as propriedades do plasma estão em excelente concordância com as medições da STEREO-B. Este é o primeiro modelo que pode reproduzir quantidades diretamente observadas perto do Sol e da Terra, bem como as trajetórias reais de CMEs. Antes da STEREO, o deslocamento de CMEs na região correspondente aos dados HI1 e HI2 não podia ser observado.

Curiosamente, as forças básicas que atuam sobre as cordas de fluxo solar são as mesmas daquelas produzidas em estruturas de plasma de laboratório, como máquinas de Tokamaks desenvolvidas  para produzir energia por fusão nuclear controlada. O mecanismo descrito pela teoria é também potencialmente aplicável às erupções nas outras estrelas.