CIÊNCIA

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Sol pulsante

Grupo do IAG descobre que variação no diâmetro solar é pelo menos dez vezes menor do que se acreditava

FRANCISCO BICUDO | ED. 73 | MARÇO 2002

 

Satélite SOHO: técnicas complementares

Há quase quatrocentos anos que, ao observar o diâmetro do Sol, os astrônomos sabem que ele pode aumentar ou diminuir. O que não conseguiam determinar com segurança era a amplitude dessa variação. No ano passado, depois de um longo caminho, essa dúvida começou a ser esclarecida: estudo feito por pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo (USP) oferece dados que estão mais perto da realidade. Utilizando métodos de observação e medição mais precisos, desenvolvidos por eles próprios com base em imagens de satélite, constataram que a oscilação do raio solar pode chegar a apenas 15 quilômetros – bem menos do que se imaginava.

Antes, trabalhavam com a idéia de que a variação fosse de 150 quilômetros – para um diâmetro solar total de aproximadamente 1 milhão e 400 mil quilômetros.O estudo mostrou ainda que a energia responsável pela variação do diâmetro e da luminosidade do Sol não provém do seu núcleo, como se pensava, mas de camadas mais externas – especificamente, das manchas solares, que indicaram o quanto o diâmetro solar pode variar em função do período de atividade do astro.As descobertas chegam em boa hora.

Entre 2000 e 2002 ocorre o período de máximo solar, que se repete a cada 11 anos, caracterizado por uma atividade solar mais intensa, causada pela variação do campo magnético solar. Os resultados podem ajudar a entender a influência da variação do diâmetro solar nesse pico de atividade e sobre o clima terrestre: o aumento ou diminuição da luminosidade solar poderia provocar mudanças de temperatura e períodos de glaciação e de seca, além de interferências nas telecomunicações de um modo geral.

A idéia que levou a esses resultados surgiu quando o professor Nelson Vani Leister e o pós-doutorando Marcelo Emílio, sob sua supervisão, perceberam que era preciso deixar para trás as técnicas de medição do diâmetro desenvolvidas a partir de observatórios terrestres. Trabalhando com esse método tradicional, Leister fez a primeira série histórica brasileira de medições do diâmetro do Sol com informações acumuladas ao longo de vinte anos, de 1974 a 1994. Feito em parceria com pesquisadores franceses, esse levantamento apontou para uma oscilação de cerca de 150 quilômetros no raio solar. Era um avanço, mas o número obtido não era muito confiável: suspeitava-se que a refração e a turbulência atmosféricas da Terra pudessem ter interferido nos resultados finais.

Então veio a inspiração: por que não tentar observar o Sol do espaço? Ao desejo juntou-se a possibilidade. Em janeiro de 1999, Emílio, então doutorando, recebeu um convite para passar um ano e três meses na Universidade do Havaí, Estados Unidos. É um dos centros onde se trabalha com imagens do Sol captadas diretamente pelo SOHO (Satélite de Observação da Heliosfera Solar), lançado em 1995 em parceria pelas agências espaciais européia (ESA) e norte-americana (Nasa). A oportunidade foi decisiva para se chegar a dados mais conclusivos sobre a variação do diâmetro solar.

Em órbita a aproximadamente 1,5 milhão de quilômetros do Sol, o SOHO alimenta estudos de cerca de 500 pesquisadores em 20 países. Envia informações sobre os fenômenos que ocorrem na coroa solar, erupções, ventos e variações do campo magnético. Foi projetado para acompanhar essas atividades, não as variações do diâmetro do Sol, embora isso fosse viável, desde que houvesse programas de computador adequados para analisar as imagens que chegavam. Os dados estavam lá: bastava que alguém fosse capaz de decifrá-los.

Interferências
Foi aí que a criatividade brasileira entrou em ação. Na bagagem para o Havaí, Emílio levou seu computador, com os programas que havia desenvolvido e utilizado nas pesquisas com Leister, já imaginando que poderiam ser úteis para confrontar os resultados da observação terrestre. Tinha a forma de interpretar as imagens, mas o trabalho não seria fácil. O fato de o SOHO não ter sido planejado para registrar diretamente as medidas do diâmetro do Sol causava alguns problemas. Desde o princípio, a análise de imagens coletadas entre julho de 1996 e julho de 1998 revelou que realmente existia alguma oscilação no diâmetro solar.

Mas havia três obstáculos que poderiam estar mascarando os resultados: a imagem do Sol era registrada a partir de distâncias variadas, mudanças deliberadas no foco do instrumento aumentavam e diminuíam artificialmente o diâmetro do Sol – o que poderia provocar falsas impressões – e a própria temperatura da lente também não era constante. Foi preciso eliminar esses efeitos das observações.Nesse momento, Emílio recorreu aos programas de leitura e análise de imagens que havia levado do Brasil. Era como se o próprio computador acompanhasse o deslocamento do Sol, marcando os pontos de medição e tomando as decisões por conta própria. Por segurança, o pesquisador avaliou, uma a uma, as imagens de cerca de 2 milhões de limbos (pontos de limite) do Sol.

O SOHO gera 120 imagens por dia, cada uma delas com 16 limbos, o que corresponde a 1.920 pontos por dia. Nos três anos que tomou para analisar, Emílio observou aproximadamente 2 milhões de limbos. Foi esse trabalho de comparação, baseado em cálculos matemáticos, que permitiu separar o joio do trigo e eliminar, em seqüência, as interferências causadas pela distância do satélite ao Sol, pela variação do foco e pelo efeito da variação de temperatura a que o satélite fica submetido.

O que sobrou foi a oscilação do diâmetro do Sol: “Chegamos àquilo que a gente chama de limite superior de variação, a oscilação máxima do diâmetro solar. Ela pode até ser menor, se no futuro forem identificados outros elementos desconhecidos, mas nunca será maior do que isso”, relata Emílio.

Divisor de águas
Depois de percorrer toda essa trajetória, e agora livre das interferências geradas pela Terra, os pesquisadores conseguiram mostrar que, vista do espaço, a variação do diâmetro solar é dez vezes menor do que a observada da superfície terrestre. Os resultados abalaram pressupostos vigentes. A diferença é significativa, o que levou os pesquisadores a crer que aquilo que determinavam a partir da Terra não era certo. “Entre o espaço e a superfície, há numerosos efeitos, muita coisa que age e modula, e que a gente ainda não conhece direito”, afirma Leister. Sua conclusão lembra a fala clássica deHamlet : “Há mais coisas entre o céu e a Terra do que supõe nossa vã filosofia”.

Na verdade, explica Leister, a atmosfera terrestre, que não é homogênea, introduz efeitos que desviam o feixe luminoso e perturbam as medidas. As condições climáticas – variações de temperatura, umidade e pressão – também influem sobre a refração. As constatações do grupo representam um divisor de águas nos estudos sobre variação do diâmetro solar. Em novembro de 2000, o trabalho de Emílio apareceu no Astrophysical Journal, num artigo assinado por ele, Jeffrey Kuhn, da Universidade do Havaí, mais Rock Bush e Philip Scherrer, da Universidade de Stanford.

Pouco depois, na edição de 15 de março de 2001 da revista Nature, Douglas Gough, do Instituto de Astronomia de Cambridge, reconhecia a importância do trabalho: “Essa observação não é certamente a primeira que detecta pequenas variações no raio solar, mas deverá ser a primeira a sobreviver ao teste do tempo”. Com essa repercussão, as pesquisas feitas na área poderão passar a ser divididas entre antes e depois do SOHO. Leister não tem a pretensão de que seja assim, mas admite que as mudanças são mesmo de grande impacto.

As avaliações feitas do espaço tornam-se a referência para novas empreitadas e fundamentam pesquisas mais direcionadas, por exemplo, para apurar a interferência dos campos magnéticos – que geram as manchas solares – na variação do diâmetro do Sol. Nessa área, com pesquisas semelhantes, trabalham pesquisadores do Observatório Nacional, no Rio de Janeiro, e do Centro de Radioastronomia e Aplicações Espaciais (CRAAE) do Instituto Mackenzie, em São Paulo. No cenário internacional, estão na linha de frente os especialistas do Centre d’Etudes et de Recherches en Géodynamique et Astrométrie (Cerga), na França; da Universidade de Yale, Estados Unidos; e do Observatório de Locardo, Suíça.

Astrolábio e câmara
“Chamo todo esse processo de descoberta à brasileira”, diz Leister, que começou a fazer as medições nos anos 70 com um astrolábio solar. Esse instrumento, formado por uma luneta horizontal com 1,20 metro de foco e objetiva de 10 centímetros, estava no Observatório Abrahão de Moraes, em Valinhos (SP). O princípio técnico era simples: mede-se o intervalo de tempo que o Sol leva para passar por uma linha imaginária no céu, definida pelo instrumento. O inconveniente é que o olho humano, embora seja um excelente instrumento de observação, tem suas limitações, e podem ocorrer variações, por exemplo, de um pesquisador para outro.

Na primeira metade dos anos 90, na tentativa de superar essa dificuldade, o IAG/USP adquiriu uma sofisticada câmara CCD (Charge Coupled Device), que foi acoplada ao astrolábio, a essa altura já transferido para o IAG da Água Funda, na capital. As imagens captadas pela câmara eram transmitidas para um computador. A decepção: mesmo com todo esse aparato, os resultados de novas observações mostraram que os ganhos na precisão, em termos de variação do diâmetro solar, tinham sido mínimos.

Em compensação, foi todo esse processo de acúmulo de conhecimentos que permitiu a Emílio desenvolver suas técnicas e seus programas de tratamento de imagens. Um pouco mais tarde, eles seriam fundamentais para o sucesso de seu doutorado, que durou 50 meses – período relativamente curto na carreira de um pesquisador.

Os projetos
1. Astrolábio Solar (nº 92/03762-0); Modalidade Linha regular de auxílio à pesquisa; Coordenador Nelson Vani Leister – IAG/USP; Investimento R$ 5.918,32
2. Estudo da Variabilidade do Diâmetro Solar (nº 97/07176-2); Modalidade Bolsa de doutorado;  Coordenador Nelson Vani Leister – IAG/USP; Investimento R$ 64.238,72


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