O sol está a ficar mais tempestuoso, e vai atingir o pico mesmo a tempo de um eclipse solar total

O próximo ciclo solar está a intensificar-se, oferecendo uma oportunidade sem precedentes para desvendar os mistérios do sol, enquanto dá às pessoas na Terra um espetáculo impressionante.

Publicado 19/05/2021, 11:51 WEST
Fogueiras solares

O Orbitador Solar da Agência Espacial Europeia captou esta imagem do sol em ultravioleta extremo no dia 30 de maio de 2020. As imagens neste comprimento de onda ajudam a revelar a atmosfera superior do sol, ou corona, que é uma bolha com mais de um milhão de graus.

Fotografia de ORBITADOR SOLAR / EUI TEAM / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

Apesar de todas as coisas que já aprendemos sobre o sol, a nossa estrela natal permanece envolta em mistério. Agora, após sete anos de relativa calma, o sol está prestes a ficar mais temperamental – e uma frota de naves espaciais que observam o sol está pronta para testemunhar esse despertar. Estas naves estão a oferecer aos cientistas uma oportunidade sem precedentes para estudar a nossa estrela tempestuosa e as formas como esta pode afetar as nossas vizinhanças cósmicas.

Tal como as cigarras, que surgem e desaparecem periodicamente, o sol também circula entre períodos tempestuosos e de calma ao longo de 11 anos ou mais. Estes ciclos estão ligados à atividade magnética interna do sol e são revelados por alguns fenómenos, como manchas e erupções solares.

Os cientistas observam de perto o temperamento do sol porque as explosões solares podem provocar danos nas nossas redes energéticas e sistemas de comunicação – tecnologias que são vitais para a civilização moderna – bem como em qualquer explorador humano e robótico em órbita e mais além. Mas compreender a maquinaria frequentemente invisível que prende o sol ao seu sistema planetário tem sido complicado.

“Quando observo de longe, penso: Como é que conseguimos saber tanto quanto sabemos?” diz o físico solar da NASA, James Klimchuk. “Mas há muito mais coisas que não compreendemos.”

Agora, o ciclo solar seguinte já começou, com o pico de atividade previsto para 2025. Mas, desta vez, o sol vai acordar do seu sono quando a sonda Parker Solar da NASA estiver mais perto da estrela do que qualquer outra nave ousou até agora.

“Ainda me arrepio quando penso nisso”, diz Madhulika Guhathakurta, física solar da NASA. “Acho que só fiquei na sede da NASA para uma – e apenas uma – missão, que é a da sonda Parker Solar.”

O Orbitador Solar da Agência Espacial Europeia (ESA) também está a girar em torno do sol e irá fornecer as primeiras boas observações dos polos solares. Até esta missão, os cientistas limitaram-se a examinar as faces do sol que conseguimos ver da Terra, e observar os polos é crucial para compreender a sua atividade magnética e a intensidade da atividade durante cada ciclo de 11 anos.

Talvez ainda mais emocionante para os fãs do espaço, o pico deste ciclo deve acontecer muito perto do momento em que um eclipse solar total será visível na América do Norte, em abril de 2024. Quando a lua obscurecer o sol, as pessoas no trajeto da totalidade poderão ver o delicado halo na parte superior da atmosfera do sol, ou coroa, uma visão que pode ser espetacular por acontecer tão perto do máximo solar.

“Vai parecer que está a emanar coisas de todos os lados, será muito dinâmico”, diz Madhulika.

Rastrear os exterminadores

Embora os especialistas em energia solar concordem que o próximo ciclo já começou, o debate gira em torno do quão forte poderá ser. Em setembro de 2020, o Painel de Previsão do Ciclo Solar anunciou que o ciclo 25 já tinha começado – e os especialistas previram que seria moderado. Tradicionalmente, estas previsões baseiam-se na contagem de manchas escuras e transitórias na superfície do sol, conhecidas por manchas solares. Aparecendo em regiões onde os campos magnéticos são fortes, as manchas solares florescem e desvanecem conforme a atividade do sol aumenta e diminui.

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Em dezembro de 2019, os cientistas registaram um número mínimo de manchas solares. Essa observação marcou o fim do ciclo 24, disse mais tarde o painel, e com base na rapidez com que as manchas começaram a reaparecer, parecia que o ciclo 25 seria semelhante em intensidade à relativa calma do ciclo 24.

Contudo, outros especialistas chegaram a uma conclusão completamente diferente: o Ciclo 25 pode ser um dos mais fortes desde que há registo, ou desde 1755. Em vez de contar as manchas solares, Robert Leamon, da Universidade de Maryland, no Condado de Baltimore, e os seus colaboradores basearam a sua previsão em algo que chamam exterminador, ou o ponto em que toda a atividade magnética do ciclo solar anterior desaparece. As manchas solares geralmente acompanham essa transição, mas o verdadeiro exterminador tende a aparecer depois da mancha solar, entre 12 a 18 meses, no mínimo.

“Se há algo que eu posso dizer a todas as pessoas, é que há mais atividade do que manchas solares”, diz Robert Leamon, cuja equipa publicou a sua previsão contraditória na revista Solar Physics.

Ao traçar os eventos exterminadores ao longo de 270 anos, Robert e os seus colegas descobriram que o tempo entre os exterminadores está intimamente ligado à força do ciclo seguinte, com lacunas mais curtas a pressagiar uma atividade mais intensa. É o que está a acontecer agora, diz Robert. A lacuna entre os exterminadores é curta e a atividade magnética do ciclo 25 provavelmente irá aumentar nos próximos dois meses.

“Falta pouco”, diz Robert. “É quando iremos ver um salto enorme na atividade.”

Prever desastres

Um forte ciclo solar pode significar problemas para a Terra. As manchas solares podem desencadear explosões massivas chamadas erupções solares, e essas explosões por vezes lançam rajadas de radiação e partículas carregadas para o espaço, ou ejeções de massa coronal (EMC). Se uma EMC suficientemente forte colidir com a Terra, pode provocar uma tempestade geomagnética com efeitos devastadores.

A mais conhecida destas tempestades aconteceu em 1859, durante o ciclo solar 10. Conhecida por Evento Carrington, esta tempestade interrompeu telégrafos e deu um choque aos operadores nos controlos, e iluminou os céus com auroras que eram visíveis até ao sul das Caraíbas. Atualmente, uma tempestade com essa magnitude seria devastadora. Seria um evento capaz de afetar as redes de energia, derrubar satélites, colocar em perigo os astronautas em órbita, alterar as rotas de voo e tornar a atmosfera superior da Terra impenetrável para os sistemas de comunicação baseados no solo.

As erupções mais fracas também são perigosas. No dia 12 de março de 1989, toda a província do Québec perdeu a eletricidade quando uma EMC com uma fração da força do Evento Carrington colidiu com a Terra e danificou a rede elétrica, com pessoas a ficarem presas em elevadores e túneis. Em órbita, vários satélites tiveram temporariamente problemas para manter a altitude, e os sensores dispararam a bordo do vaivém espacial Discovery – que tinha sido lançado no início desse dia.

A influência da atividade solar na Terra chama-se clima espacial e, durante anos, os cientistas fizeram ajustes precisos para prever quando é que o sol se pode tornar perigoso. Melhores previsões para as tempestades solares significam melhores oportunidades para proteger as infraestruturas vulneráveis, semelhante à forma como as previsões meteorológicas permitem que as pessoas no trajeto de uma tempestade se preparem antecipadamente.

“Não vamos conseguir impedir que o sol se porte mal, mas esperamos conseguir mitigar os seus efeitos mudando para redes elétricas alternativas se tivermos um aviso com antecipação suficiente”, diz Gordon Emslie, da Universidade Western Kentucky, presidente do comité de políticas públicas da Divisão de Física Solar da Sociedade Astronómica Americana.

Em outubro de 2020, reconhecendo o poder destruidor das tempestades solares, o governo dos EUA adotou a Lei PROSWIFT, que coordena várias agências governamentais para trabalharem juntas no desvendar dos mistérios do clima espacial e melhorar as previsões. Isto significa priorizar a pesquisa básica sobre como acontecem as erupções solares e como as ejeções de massa coronal viajam pelo espaço, bem como estabelecer vários programas de monitorização e satélites.

“Da mesma forma que compreendemos melhor micro-rajadas, tornados e furacões se os observarmos e tentarmos compreendê-los, o mesmo acontece com o clima espacial”, diz Gordon Emslie.

As agências espaciais já têm uma série de telescópios de observação solar em terra e em órbita que oferecem, coletivamente, vistas da nossa estrela natal em vários comprimentos de onda. Recentemente, mais duas naves juntaram-se à frota e estão a dar aos cientistas uma visão da estrela que em breve vai ficar agitada – com dados das sondas a começarem a desvendar os mistérios do sol.

Reunidos à volta da fogueira

Lançado em fevereiro de 2020, o Orbitador Solar da ESA está atualmente a girar em torno do sol, usando encontros gravitacionais com Vénus que o ajudam a colocar numa órbita onde consegue ver os polos solares. Por enquanto, o orbitador está ocupado a estudar a nossa estrela com uma variedade de instrumentos a bordo que irão ajudar a perceber a sua influência na Terra.

Em maio do ano passado, as câmaras do orbitador avistaram cerca de 1.500 chamas em miniatura na baixa atmosfera solar – ou melhor, chamas que são miniatura para os padrões solares, já que algumas abrangem continentes inteiros. Estas pequenas erupções duram dezenas de segundos, e a equipa chama-lhes “fogueiras”.

Uma imagem de alta resolução captada pelo Orbitador Solar da ESA em maio de 2020 mostra características do sol chamadas fogueiras, que podem estar a contribuir para um mistério duradouro: Por que razão a atmosfera superior do sol é muito mais quente do que a sua superfície?

Fotografia de ORBITADOR SOLAR / EUI TEAM / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

“É um termo observacional que foi cunhado e que descreve coisas muito, muito pequenas que surgem durante um período muito curto de tempo, mas em todo o lado”, diz Daniel Müller, cientista do projeto Orbitador Solar da ESA.

Com ocorrências em regiões calmas do sol, as fogueiras surgem quando a tensão aumenta nas linhas retorcidas do campo magnético, fazendo com que se partam como se fossem elásticos sobrecarregados. À medida que as linhas se rompem e voltam a unir, emitem calor e produzem chamas minúsculas. No final de abril, na reunião da União Europeia de Geociências, os cientistas anunciaram que a energia libertada por estas fogueiras podia ser suficiente para explicar um longo mistério solar.

Enquanto que a superfície do Sol atinge temperaturas abrasadoras a rondar os 5.500 graus Celsius, a corona atinge um milhão de graus ou mais. É um enigma que os físicos solares tentam resolver há quase um século.

“É o mesmo que afastarmo-nos de uma lareira e, de repente, quando estamos a 100 metros de distância, fica extremamente quente”, diz Daniel Müller. “Como é que isto pode acontecer?” Uma equipa liderada por Yajie Chen, da Universidade de Pequim, simulou a superfície solar e calculou que o calor produzido por estas fogueiras parece ser o suficiente para cozinhar a coroa.

“Os modelos têm agora um grau de sofisticação que podemos começar a acreditar no que mostram”, diz Daniel. “E mostram que estamos no caminho certo.”

Talvez isto não seja propriamente surpreendente, diz James Klimchuk, da NASA. “As fogueiras parecem ser uma versão maior dos nanoflares, um tipo de pequena explosão solar que o físico Eugene Parker sugeriu que podia ser responsável pela temperatura da corona em 1988.”

O novo trabalho tem algumas lacunas que significam que o tema ainda não está encerrado, incluindo o facto de as fogueiras ocorrerem em regiões solares tranquilas e terem tendência para despejar calor na atmosfera solar, enquanto que os nanoflares acontecem em áreas mais altas e são especialmente poderosos em regiões ativas. Ainda assim, as observações do Orbitador Solar estão a ajudar os cientistas a compreender melhor este fenómeno.

Mas talvez a questão mais premente sobre a nossa estrela seja a forma como gera e controla o seu campo magnético.

“Essa é a pergunta de seis mil milhões de dólares”, diz Robert Leamon – e é uma questão que as naves que orbitam o sol podem estar preparadas para responder.

O campo magnético do sol é gerado à medida que gases quentes se agitam nas profundezas do sol, produzindo o chamado dínamo. Neste sistema, as linhas do campo magnético irrompem pela superfície do sol e espalham-se. Compreender este processo requer observações dos polos do sol, que têm sido difíceis de estudar devido à energia necessária para colocar uma nave numa órbita de observação polar. Quando orbitar sobre os polos da estrela durante alguns anos, o Orbitador Solar irá recolher dados sobre essa região, fornecendo uma das peças cruciais que falta no puzzle.

Simultaneamente, a sonda Parker Solar da NASA está a chegar extremamente perto do sol – chegando até a entrar e a sair da sua atmosfera superior – o que significa que terá um lugar na primeira fila conforme o ciclo solar 25 se desenrola. Pela primeira vez, os cientistas irão conseguir estudar o sol de perto enquanto este desperta do seu sono, usando as informações da sonda Parker Solar para decifrar a atividade solar que se estende até à Terra.

Espetáculo total

Porém, para este ciclo solar as pessoas não vão precisar de estar numa equipa de investigadores para ter uma boa visão do sol em ação. No dia 8 de abril de 2024, a lua irá deslizar entre a Terra e o sol e cobrir completamente a face da nossa estrela. Durante quase quatro minutos e meio, este eclipse solar total será visível numa faixa estreita dos Estados Unidos, desde o Texas ao Maine – e irá acontecer quando o sol estiver a atingir o seu pico de atividade.

Madhulika Guhathakurta, observadora de eclipses, tem seguido a sombra da lua desde que viu o seu primeiro eclipse solar total na costa do México em 1991 – uma experiência que foi surpreendentemente transcendental para Madhulika.

“É algo que nos muda. Leva-nos a pensar profundamente sobre o cosmos e a relação que temos com ele, sobre as questões básicas com as quais lidamos enquanto seres humanos”, diz Madhulika.

O próximo eclipse será diferente daquele que fascinou os observadores de eclipses em 2017. Embora esse evento fosse visível em grandes porções dos EUA, aconteceu quando a atividade solar estava a diminuir, o que significa que um dos principais atrativos de um eclipse – uma vista da coroa – era bastante modesto.

Normalmente obscurecida pela luz do sol, a coroa solar estende-se a milhões de quilómetros da superfície do sol. Mas quando o rosto do sol fica obscurecido durante um eclipse, os observadores conseguem ver a sua bainha fina que parece um halo cintilante a adornar um disco lunar enegrecido.

Durante os eclipses no mínimo solar, características como jatos são visíveis principalmente perto do equador solar, e talvez um punhado de pequenas chamas cintilem perto das extremidades da lua. Por outro lado, no máximo solar, a coroa será espetacular.

“Iremos ver muitos destes jatos, não só nas latitudes equatoriais, mas também na região polar”, diz Madhulika. “Talvez consigamos ver algumas alguns relevos e laços.”

Os jatos e outras atividades solares só ficarão visíveis quando a lua cobrir por completo a face do sol, o único momento em que é seguro olhar para a nossa estrela a olho nu. Assistir a este espetáculo enquanto a lua se arrasta pelo disco solar, com sombras crescentes e um crepúsculo assustador, requer óculos protetores. Até as nossas intrépidas naves que estão a olhar para o sol estão fortemente protegidas.

Mas quando a coroa estiver a brilhar atrás da lua, os seus delicados laços e jatos irão revelar as linhas do campo magnético do sol, que de outra forma seriam invisíveis, iluminando um enigma que a ciência está prestes a desvendar.
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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