Notícias ESERO PT: As descobertas da SolO!




Solar Orbiter: transformando imagens em Física

O Solar Orbiter (SolO) é um satélite artificial de observação solar dedicado à física solar e heliosférica criado pela ESA e pela NASA. Foi lançado na madrugada do dia 10 de fevereiro de 2020 no Cabo Canaveral, nos EUA.

Os resultados mais recentes desta missão mostram-nos que é possível relacionar diretamente os fenómenos que ocorrem na superfície solar e o que se passa no Espaço interplanetário nas regiões que circundam o satélite. Também foram reveladas informações importantes sobre a existência de ‘fogueiras’ solares, clima espacial e cometas em desintegração.


Todo este trabalho de colaboração internacional tem sido conduzido de forma exemplar por toda a equipa responsável por esta missão, apesar das complicações provocadas pela pandemia de SARS-CoV-2, que também teve início em 2020.

 

“Não poderia estar mais satisfeito com o desempenho do Solar Orbiter e com as várias equipas que mantêm os seus instrumentos a funcionar,” afirma Daniel Müller, cientista da ESA que trabalha neste projeto. “Este ano tem havido um verdadeiro esforço de equipa, porque tivemos de trabalhar em circunstâncias muito difíceis. Começamos agora a ver que esses esforços valeram realmente a pena.”

 



Os 10 instrumentos científicos da missão Solar Orbiter são divididos em dois grupos: o primeiro é constituído por 6 telescópios de deteção remota e o segundo por 4 instrumentos in situ. Os primeiros permitem observar o Sol e a sua extensa atmosfera, a corona. Os segundos medem as partículas que se encontram nas imediações do satélite, que foram emitidas pelo Sol e são conhecidas como vento solar. Estes instrumentos medem também os campos magnéticos e elétricos gerados por estas partículas.

Um dos principais objetivos desta missão é precisamente o de rastrear a origem do vento solar e dos seus campos na superfície solar.

Durante a primeira passagem do Solar Orbiter pelo Sol, que ocorreu a 15 de junho a 77 milhões de quilómetros de distância, todos estes instrumentos tiveram a oportunidade de fazer várias medições e de gravar dados importantes. Foi então possível produzir a sequência de imagens representada no vídeo ao lado.

 


Pegadas do vento solar

Os dados medidos pelo Solar Orbiter permitiram determinar a região de onde provém o vento solar que atinge este satélite e identificar essa autêntica “pegada” nas imagens obtidas por deteção remota. Em junho de 2020, foi possível detetar uma destas pegadas na borda de uma região chamada “buraco coronal”, onde o campo magnético do Sol alcança o Espaço, permitindo assim que o vento solar possa fluir. 

Apesar de este trabalho ser ainda preliminar, há que ter em conta que é também pioneiro. “Nunca fomos capazes de mapear algo assim com esta precisão antes”, diz Tim Horbury, do Imperial College, em Londres, Presidente do Solar Orbiter In-Situ Working Group.

 

A importância das ‘fogueiras’ solares [traduzido do original ‘campfires’]

O Solar Orbiter obteve também novas informações sobre as ‘fogueiras’ do Sol que chamaram a atenção do mundo no início deste ano.


As primeiras imagens da missão mostraram uma infinidade do que pareciam ser minúsculas erupções solares na superfície do Sol (Fig. 1). Os cientistas chamaram-nas simplesmente de ‘fogueiras’ porque os valores exatos das energias que libertam ainda não são conhecidos. Poderão corresponder ao mesmo fenómeno associado a outros eventos eruptivos de menor escala que foram detetados em missões anteriores.

 



Fig. 1 - A seta aponta para uma ‘fogueira’ solar que foi revelada pela primeira vez nesta imagem, obtida pela Extreme Ultraviolet Imager da Solar Orbiter. O círculo no canto inferior esquerdo indica o tamanho da Terra à escala.


O que torna tudo isto tão tentador é o facto de os cientistas já terem postulado há muito tempo a existência de ‘nanoflares’ no Sol. Esta é porém a primeira vez que possuímos os meios necessários para podermos ver eventos solares destas dimensões. (Nota: Os ‘nanoflares’ são pequeníssimas erupções solares, com dimensões da ordem dos nanómetros, correspondendo a cerca de 1/1.000.000.000 do tamanho das chamas solares ditas normais.)

“As ‘fogueiras’ podem ser os ‘nanoflares’ que temos procurado com o Solar Orbiter”, diz Frédéric Auchère, do Institut d’Astrophysique Spatiale em Orsay, França, Presidente do Solar Orbiter Remote-Sensing Working Group.

A importância dos ‘nanoflares’ reside no facto de se pensar que estes poderão ser os responsáveis pelo aquecimento da corona, a atmosfera externa do Sol. Ainda não se sabe explicar porque é que a corona atinge temperaturas da ordem de um milhão de graus Celsius, enquanto que a superfície solar tem “apenas” cerca de 5.000 °C. Até hoje, esta é uma das questões mais intrigantes da física solar. Desvendar este mistério tornou-se assim um dos principais objetivos científicos da missão Solar Orbiter.

Para explorar melhor esta ideia, os investigadores têm analisado os dados obtidos pelo instrumento SPICE – Spectral Imaging of the Coronal Environment – da Solar Orbiter. O SPICE foi projetado para revelar a velocidade das partículas na superfície solar. Este instrumento demonstrou que existem fenómenos de pequena escala nos quais as partículas se movem com uma velocidade significativa, embora ainda não tenha sido feita uma correlação com as ditas ‘fogueiras’.



“Neste momento, apenas dispomos de resultados muito preliminares. No entanto, já conseguimos ver coisas muito interessantes com muita clareza”, diz Frédéric. “A missão do Solar Orbiter tem tudo a ver com descoberta, e isso é muito empolgante.”



Descoberta acidental: a desintegração de um cometa 


Fig. 2 - O diagrama mostra o fluxo de partículas capturadas pela SolO durante a sua primeira órbita. Os picos indicam os fluxos de electrões (apontando para dentro) e de iões (apontando para fora), numa escala logarítmica.


A missão Solar Orbiter também fez algumas descobertas científicas acidentais, para além de estar a atingir os objetivos científicos propostos.

Logo após o seu lançamento, percebeu-se que o satélite passaria muito perto das duas caudas do cometa ATLAS. Embora o Solar Orbiter não tenha sido projetado para estudar este tipo de objetos celestes, os especialistas da missão trabalharam para garantir que todos os instrumentos in situ registassem este encontro único.

Quis no entanto o destino que o cometa se desintegrasse antes que o Solar Orbiter se aproximasse a uma distância considerável. Esperava-se assim que não fosse possível detetar o que quer que fosse, nem mesmo os esperados sinais fortes provenientes das caudas.

Contudo, não foi isso que aconteceu. A Solar Orbiter obteve dados sobre o cometa ATLAS, mas nada do que seria esperado pelos cientistas. Em vez de um único sinal forte proveniente do cruzamento das caudas do cometa, o satélite detetou várias séries de ondas magnéticas. Também foram detetados aglomerados de poeira. Pensa-se que esta última poderá ter sido libertada no interior do cometa, enquanto este se dividia em vários pedaços pequenos.


 

 

“Esta é a primeira vez que viajamos através do rasto de um cometa que se desintegrou”, disse Tim. “Obtivemos muitos dados interessantes durante a ocorrência deste fenómeno, e é outro exemplo do tipo de ciência fortuita de alta qualidade que podemos fazer com o Solar Orbiter.”

 

CME’s furtivos e Ciência Multiponto

O Solar Orbiter tem feito várias medições do vento solar, tendo já registado uma grande série de partículas ejetadas pelo Sol. No dia 19 de abril de 2020 sofreu inclusivamente o impacto de uma ejeção de massa coronal particularmente interessante – ou CME, de coronal mass ejection. 

Trata-se de um grande evento climático espacial, no qual mil milhões de toneladas de partículas podem ser ejetadas da atmosfera externa do Sol. Durante esta CME específica, que terá irrompido do Sol no dia 14 de abril, o Solar Orbiter tinha apenas percorrido 1/5 do seu caminho.

 



Fig. 3 - O CME irrompeu do Sol a 14 de abril de 2020 às 21:54 GMT. No dia 19 de abril, às 05:07 GMT, passou pelo Solar Orbiter, que se encontrava perto da órbita de Vénus. O BepiColombo, que estava mais perto da Terra, detectou o CME às 07:00 GMT do mesmo dia. Finalmente, passou pela Terra no dia 20 de abril às 02:30 GMT.


Mas o Solar Orbiter não foi o único satélite que observou este fenómeno. Por mero acaso, a missão BepiColombo da ESA/JAXA, que tem como objetivo estudar Mercúrio, estava a passar perto da Terra naquele momento e também teve oportunidade de detetar esta CME. Para além destes dois satélites, houve ainda um outro que pôde observar diretamente este fenómeno ao longo da área do espaço em que a CME viajou. Trata-se de um observatório espacial da NASA, chamado STEREO, que tem também como missão observar o Sol; e cuja posição orbital fazia na altura um ângulo de aproximadamente 90° com a linha direta Sol-Terra.

O STEREO observou assim o impacto do CME no Solar Orbiter, no BepiColombo e, por fim, na própria Terra. A combinação das medições de todos os diferentes satélites permitiu aos cientistas estudar como a CME evoluiu ao longo da sua viagem pelo Espaço (Fig. 3).



Fig. 4 - Imagem artística do Solar Orbiter sobrevoando Vénus, sob a ação da gravidade deste planeta (flyby). Irão ocorrer muitos mais flybys de Vénus (e um da Terra) ao longo desta missão. Todos eles servirão para ajudar a ajustar a órbita do Solar Orbiter, trazendo-o para mais perto do Sol e para fora do plano do Sistema Solar. Desta forma, será possível observar o Sol sob ângulos diferentes, permitindo inclusivamente que sejam obtidas as primeiras imagens das regiões polares do Sol, cruciais para a compreensão do seu “funcionamento”.


Este método de pesquisa científica inovador é conhecido como ‘ciência multiponto’. A sua existência tornou-se possível graças ao elevado número de satélites e sondas que se encontram neste momento no Sistema Solar interno. A ciência multiponto irá tornar-se uma ferramenta cada vez mais poderosa na nossa procura de conhecimento sobre o vento solar e o clima espacial.

“Podemos olhar para uma CME remotamente, podemos medi-la in situ e podemos ver como ela muda conforme se desloca em direção à Terra”, diz Tim.

O mais intrigante de tudo é que houve satélites que, tal como o STEREO, também estavam em condições de poder observar este fenómeno e por alguma razão desconhecida não o conseguiram fazer. Um exemplo disso é a sonda espacial SOHO da ESA/NASA, situada entre a Terra e o Sol, e que observa constantemente a nossa estrela em busca de erupções como esta. Podemos assim considerar que a CME observada a 19 de abril pertence a uma classe rara de eventos climáticos espaciais, que foram por esta razão denominados de ‘CME furtivos’. O estudo destes fenómenos mais fugazes poderá ajudar-nos a entender o clima espacial de uma forma mais completa.


Nos próximos anos, os cientistas terão mais oportunidades para aplicar a ‘ciência multiponto’: No dia 27 de dezembro, o Solar Orbiter sobrevoou Vénus (Fig. 4). Durante esta ocorrência, a gravidade do planeta permitiu aproximar o satélite um pouco mais do Sol, colocando-o numa posição ainda melhor para que este possa realizar medições conjuntas com a Parker Solar Probe da NASA, que também completará duas passagens por Vénus em 2021.

 

 

Enquanto a sonda Parker faz medições in situ do interior da atmosfera solar, o Solar Orbiter irá obter imagens dessa mesma região. Juntas, estas duas missões irão dar-nos um conhecimento muito mais aprofundado sobre a atmosfera do Sol.

“2021 será um momento emocionante para o Solar Orbiter”, disse Teresa Nieves-Chinchilla, cientista do Projeto Solar Orbiter da NASA. “Até o final do ano, todos os instrumentos estarão a trabalhar juntos em plena forma, e estaremos prontos para chegar ainda mais perto do Sol.”

Em 2022, o Solar Orbiter estará a cerca de 48 milhões de quilómetros da superfície do Sol, ficando 20 milhões de quilómetros mais próximo da nossa estrela do que em 2021.

Nunca o Sol esteve tão “perto”!




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