Partículas misteriosamente poderosas de explosões solares reveladas em um novo estudo
Uma foto de uma erupção solar ocorrida em 14 de outubro de 2012, vista pelo Observatório Solar Dinâmico da NASA. (Crédito da imagem: NASA / SDO)
Algumas vezes por mês - às vezes mais, às vezes menos - ocorre uma explosão na superfície do Sol, liberando energia igual a milhões de bombas de hidrogênio.
Por mais espantoso que seja esse número, esta tremenda produção de energia não pode explicar como o material que é cuspido por essas explosões aumenta para quase a velocidade da luz . É como esperar que o motor de um carrinho de golfe mova uma Ferrari.
Em um novo estudo, os pesquisadores fornecem uma visão inédita sob o capô dessas erupções solares, tendo como objetivo específico o processo físico que acelera as partículas super rápidas. [ As maiores explosões solares e tempestades solares de 2015 em fotos ]
Explosões no sol
Existem atualmente 18 missões espaciais da NASA dedicadas a estudar nossa estrela mais próxima e seu efeito no sistema solar. Alguns desses satélites olham diretamente para o sol quase sem parar, fornecendo um fluxo de imagens 24 horas por dia, 7 dias por semana, da superfície giratória e agitada do sol.
Quando ocorre uma erupção solar, esses satélites também veem os flashes de luz incrivelmente brilhantes que são chamadas erupções solares . Ocasionalmente, as erupções também lançam uma nuvem de gás extremamente quente e eletricamente carregado (chamado plasma) para o espaço. O plasma expelido é chamado de ejeção de massa coronal, ou CME, para abreviar.
Um instantâneo de uma ejeção de massa coronal disparando da superfície do Sol, capturado pela espaçonave SOHO da NASA. Esta imagem mostra o sol em luz ultravioleta, enquanto o campo de visão se estende por 2 milhões de quilômetros, ou 1,243 milhões de milhas, da superfície solar.(Crédito da imagem: NASA / JPL)
Uma explosão solar libera aproximadamente a mesma quantidade de energia que viria de 'milhões de bombas de hidrogênio de 100 megatons', de acordo com a NASA, onde cem megatons equivalem a cem milhões de toneladas métricas de TNT.
Embora isso certamente pareça impressionante, é difícil imaginar algo tão enorme. A melhor maneira de entender a natureza colossal desses eventos pode ser considerar uma imagem tirada pela NASA que mostra um CME particularmente massivo. Para efeito de comparação, um instantâneo da Terra (em escala) é colocado próximo a esta grande fita em chamas. O planeta parece uma margarida no caminho de um lança-chamas.
CMEs viajam a cerca de 1 milhão de milhas por hora (1,6 milhão de quilômetros por hora), de acordo com um vídeo da Goddard Spaceflight Center da NASA . Mas um dos CMEs mais enérgicos já registrados teve partículas com clock de mais de 7 milhões de mph (11,2 milhões de km / h), disse C. Alex Young, um astrofísico solar em Goddard. No entanto, estes são o que os cientistas solares chamam de partículas 'mais lentas' que são produzidas durante uma erupção solar, disse Young.
As partículas 'rápidas', geralmente chamadas de partículas energéticas solares (que não fazem parte do CME), atingem velocidades próximas da velocidade da luz - 670 milhões de mph (1,079 bilhões de km / h). Isso é mais de 100 vezes mais rápido do que as partículas em um CME.
Essas partículas super rápidas podem ser vistas em vídeos feitos pelo Large Angle and Spectrometric Coronograph Experiment (LASCO) no Satélite Observatório Solar e Heliosférico (SOHO). O LASCO bloqueia a luz do sol para que possa ver o material expelido por um CME. Nestes vídeos, segundos após a nuvem de material ser vista deixando a superfície, manchas brancas de estática preenchem a tela , às vezes obscurecendo completamente qualquer visão da estrela. Estas são as partículas super rápidas que colidem com o detector. Tempestades estáticas semelhantes podem ser vistas por outros satélites solares. A estática parece neve, o que é adequado, porque esses e outros eventos solares semelhantes são chamados de 'clima solar'. (Esses vídeos são acelerados no tempo; na realidade, as partículas super rápidas ainda levariam cerca de 10 a 15 minutos para chegar ao detector do satélite, disse Young.)
Mas mesmo a força da explosão solar não é suficiente para explicar esse tipo de aumento na energia, disse Young. Então, como essas partículas vão tão rápido? [ Solar Flare vs. CME - Qual é a diferença? | Vídeo ]
Imagem da Terra em escala com a erupção do filamento. Nota: a Terra não está tão perto do sol, esta imagem é apenas para fins de escala.(Crédito da imagem: NASA)
Chocantemente rápido
Quando um avião quebra a barreira do som - ultrapassando fisicamente as ondas sonoras que viajam à sua frente - ele cria uma onda de choque, e um estrondo sônico ensurdecedor . O boom é uma evidência de que a onda de choque é uma fonte de energia.
Bin Chen, pesquisador do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics é o autor principal de um novo artigo de pesquisa que fornece a primeira evidência observacional sólida de que partículas ultra-rápidas liberadas durante uma erupção solar são aceleradas por um tipo de onda de choque estacionária chamada 'terminação choque.'
Um dos elementos intrigantes das erupções solares é que, ao contrário da maioria das explosões na Terra, elas não são movidas quimicamente. Em vez disso, essas bombas de sol são detonadas por uma rápida liberação de energia magnética . A mesma força que faz um ímã grudar em uma geladeira ou faz com que a agulha de uma bússola aponte para o norte também é responsável por esses arrotos maciços de luz e material.
As erupções solares que criam erupções solares e CMEs ocorrem quando um dos as linhas do campo magnético do sol se quebram , e se reconecta rapidamente, perto da superfície. Durante a explosão, o plasma é lançado para o espaço, mas outros voltam para a superfície em velocidades incrivelmente altas, onde se chocam com mais loops de campo magnético - como uma espécie de cachoeira caindo na superfície de um lago. No ponto de colisão, um choque de terminação se forma no plasma eletricamente carregado.
'Partículas carregadas que cruzam um choque [de terminação] podem captar a energia do choque e ficar cada vez mais rápidas. É assim que funciona a aceleração de choque ', disse Bin ao guesswhozoo.com.
Esta colagem de imagens solares do Solar Dynamics Observatory (SDO) da NASA mostra como as observações do sol em diferentes comprimentos de onda ajudam a destacar diferentes aspectos da superfície e da atmosfera do sol. (A colagem também inclui imagens de outros instrumentos SDO que exibem informações magnéticas e Doppler.)(Crédito da imagem: NASA / SDO / Goddard Space Flight Center)
Chen e seus co-autores viram evidências desse choque de terminação durante uma explosão solar em 3 de março de 2012, usando o Matriz Muito Grande de Karl G. Jansky (VLA) no Novo México. O telescópio atualizado recentemente foi benéfico por duas razões. Primeiro, ele detecta ondas de rádio, o que significa que não é dominado pelos flashes de luz mais brilhantes emitidos durante uma explosão solar. Mas olhar para as frequências de rádio de uma erupção solar revela as partículas aceleradas pelo choque de terminação.
Em segundo lugar, o telescópio pode efetivamente tirar cerca de 40.000 imagens por segundo. Ele faz isso capturando milhares de frequências de rádio ao mesmo tempo. As frequências são então separadas em 'imagens' individuais. Chen disse à guesswhozoo.com que, para ver o choque de rescisão em ação, era necessário coletar essa quantidade de imagens por cerca de 20 minutos.
'Então, se você fizer as contas, são milhões e milhões de imagens [necessárias] para extrair as informações', disse Chen. 'Esse é um novo recurso fornecido pelo VLA atualizado.'
Chen disse que as novas descobertas não significam necessariamente que os choques de terminação são responsáveis pela aceleração das partículas em todas as erupções solares. Ele disse que ele e seus colegas gostariam de conduzir mais observações para descobrir se este é o caso em todos os choques, ou apenas em um subconjunto.
A explicação do choque de terminação faz parte da teoria 'padrão' da explosão solar há anos, mas não há evidências observacionais 'convincentes' para apoiá-la, disse Chen. O comentário de Chen foi confirmado por Edward DeLuca, um astrofísico sênior do Smithsonian Astrophysical Observatory, que faz parte do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (DeLuca trabalha no mesmo departamento de Chen, mas não estava envolvido com a nova pesquisa.)
'[O novo resultado] revela que estamos no caminho certo com o modelo de flare padrão', disse DeLuca.
Uma imagem de loops coronais no sol que estão ligados a campos magnéticos.(Crédito da imagem: Foto da NASA / Solar Dynamics Observatory)
Cuidado com as partículas poderosas
Todos os satélites da NASA que estudam o sol não estão apenas trabalhando para criar imagens hipnotizantes; eles também estão lá para ajudar a proteger a Terra. As erupções solares e as ejeções de massa coronal representam um perigo para o planeta. As partículas que eles ejetam podem danificar satélites e painéis solares e podem representar uma séria ameaça aos astronautas que fazem caminhadas espaciais fora da Estação Espacial Internacional, na Lua ou em Marte.
Eles podem até causar surtos em redes de energia no solo. Em 1989, um CME causou um apagão em toda a província de Quebec, Canadá. [A Ira do Sol: Piores Tempestades Solares da História]
As partículas super rápidas são uma preocupação especial, porque suas altas velocidades significam que podem penetrar em mais camadas de material do que suas contrapartes 'mais lentas'. Quando essas partículas penetram em um equipamento de estado sólido, elas podem causar um 'pequeno salto' - que pode não apenas danificar o equipamento, mas também alterar o que ele faz.
'Se essa pequena virada significa um comando de computador que normalmente diz' continue tirando fotos do sol ', em vez de dizer' desligue a espaçonave ', isso é ruim', disse Young. 'Então, muitas vezes, se houver um evento de grande partícula, os operadores de espaçonaves muitas vezes colocam suas espaçonaves no que é chamado de' modo de segurança '.'
Aquela reação tem que acontecer rápido . A luz pode viajar do Sol para a Terra em 8 minutos, então as partículas energéticas solares podem alcançar um satélite em órbita em cerca de 10 a 20 minutos, disse Young. As ejeções de massa coronal deixam um pouco mais de tempo, mas uma resposta atrasada pode significar consequências graves.
Por esse motivo, os cientistas estão tentando prever melhor quando as erupções solares e CMEs ocorrerão e quão intensas serão.
DeLuca disse que o novo entendimento do choque de terminação não será, provavelmente, imediatamente útil para melhorar a previsão de explosões solares. Mas é uma peça do quebra-cabeça da explosão solar, e ele disse que será incorporada à tecnologia de clima solar da 'próxima geração' e às técnicas de previsão. É mais um passo para ajudar os humanos a enfrentar a tempestade solar.
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