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Astronomia

Choques solares

Estudo detalha relação entre explosões no Sol e tempestades magnéticas na Terra

Steele Hill / NASA Sol e Terra: bombardeio de energiasSteele Hill / NASA

Com aquela aparência de uma imensa bola de fogo no céu, o Sol de fato está longe de ser um astro brando. Ali acontecem explosões – de uma por semana nos períodos mais calmos até duas ou três por dia quando a atividade está mais intensa – que lançam partículas e gases superaquecidos para longe do Sol a velocidades de até 2.500 quilômetros por segundo e perturbam o vento solar. Assim como uma pedra jogada na água gera ondas concêntricas, essas explosões ejetam material e dão origem a ondas de choque que podem chegar à Terra. O fenômeno impressiona e é deslumbrante quando capturado em imagens, mas, nessa área da astronomia, o surpreendente é o pouco que se conhece. Diminuir o desconhecimento, descrever as consequências dessas explosões e avaliar como elas afetam este planeta é o que ocupa a geofísica espacial Cristiane Loesch, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). Entender a atividade solar é um objetivo cada vez mais crucial, como lembra Sir John Bed-dington na entrevista desta edição (ver entrevista “John Beddington: O Sir da ciência”).

O material ejetado do Sol durante as explosões carrega campo magnético que, ao aproximar-se da Terra, por sua vez altera o campo magnético do planeta, causando as chamadas tempestades magnéticas. O fenômeno pode causar problemas para a navegação, a aviação, para astronautas em serviço no espaço e até se manifestar de forma mais prosaica, interferindo no funcionamento da rede elétrica e causando apagões como o que deixou parte do Canadá no escuro em 1989. Um dos problemas para descrever o fenômeno com exatidão é que não basta apontar um telescópio para o Sol, já que sua luminosidade ofusca o que acontece logo em torno. A pesquisadora do Inpe, então, recorre a simulações baseadas em modelos que descrevem os efeitos dessas explosões de gases solares, conhecidas como ejeções de massa coronal (CMEs, na sigla em inglês). “Ninguém sabe ainda exatamente como funciona a erupção delas no Sol”, explica. Por meio desse recurso teórico, ela volta os olhos para a região da atmosfera solar mais próxima do Sol, conhecida como baixa coroa solar, uma zona até agora muito pouco explorada.

Durante o doutorado, com orientação de Maria Virginia Alves, também do Inpe, e em colaboração com Merav Opher, uma astrofísica brasileira radicada nos Estados Unidos, Cristiane comparou as previsões de dois desses modelos teóricos para estudar, naquela região, as assinaturas de duas CMEs com configurações distintas. Observou que a energia magnética da CME é convertida em térmica e cinética à medida que se afasta da origem e que as características magnéticas iniciais importam pouco para as velocidades de choque que se seguem. Além disso, os dois modelos se revelaram bastante parecidos no que diz respeito às consequências das CMEs bem próximo ao Sol, numa distância entre duas e seis vezes o raio do astro, conforme mostra em artigo publicado em abril deste ano no Journal of Geophysical Research. “Ali o vento ainda tem uma estrutura muito solar, com características típicas dos arredores do astro”, ela justifica a escolha, “e mais junto à superfície acontece muita coisa que não se entende”. Para se ter uma noção da escala, a distância entre a Terra e o Sol é de cerca de 212 raios solares.

Na teoria
A semelhança dos resultados obtidos com os dois modelos foi uma surpresa, porque eles partem de premissas que deveriam gerar interações distintas entre a CME e o vento solar. Mas, nos dois casos, as CMEs geram uma onda de choque que se propaga mais depressa do que a própria explosão e caminha em direção à Terra, e empurram diante de si uma zona de vento solar perturbado conhecida como bainha. Essa bainha se alarga à medida que se afasta do Sol e, Cristiane conta, pode aumentar em  até 29% a entrada de energia na magnetosfera. É isso que pode contribuir para tempestades magnéticas na Terra.

Cristiane verificou que o tamanho dessa bainha é diferente nos dois modelos e observou nelas uma segunda onda de choque. Ainda falta entender melhor o porquê. Para investigar o que gera esse choque posterior, que aparece a pouco menos de 2,5 raios solares, Merav sugeriu a Indajit Das, na época seu doutorando, que examinasse as CMEs como um todo e analisasse o que pode gerar uma compressão atrás do choque. A compressão é especialmente alta na baixa coroa solar, onde a densidade do vento solar é mais alta, de acordo com o trabalho de Das, publicado em março no Astrophysical Journal. O artigo tem coautoria de Cristiane e mostra que, quando a CME se afasta do Sol, o campo magnético à sua frente se comprime e o plasma entre as linhas de campo sai para os lados, criando uma região pouco densa na bainha. “É como um barco empurrando a água”, compara a pesquisadora do Inpe, “a água passa pelas laterais”. O estudo mostra também que a CME pode dar origem ao choque posterior quando empurra o plasma da bainha, acumulando massa.

Ainda falta muito para se descrever em detalhes como os fenômenos se comportam e por quê. Parece certo que, até três raios de distância do astro que ilumina a Terra, os choques causados pelas CMEs estão associados à aceleração de partículas. Agora Cristiane busca compreender o que ocorre no restante do espaço que separa o Sol da Terra. Ela quer acompanhar a perturbação causada pelas bainhas das ejeções de massa coronal até este planeta para ver que variações elas causam no campo magnético terrestre e como isso pode ser relacionado ao que acontece no Sol. É um longo trajeto.

Artigos científicos
LOESCH, C. et al. Signatures of two distinct driving mechanisms in the evolution of coronal mass ejections in the lower corona. Journal of Geophysical Research. v. 116. abr. 2011.
DAS, I. et al. Evolution of piled-up compressions in modeled coronal mass ejection sheaths and the resulting sheath structures. The Astrophysical Journal. v. 729, n. 112. mar. 2010.

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