ARLA/CLUSTER: INVESTIGADORES DESCOBREM NOVAS PISTAS PARA DETERMINAR CICLO SOLAR

[João Costa > CT1FBF]

Aproximadamente a cada 11 anos, o Sol passa por uma completa mudança de
personalidade, de calmo e tranquilo para violentamente activo. O pico da
actividade do Sol, conhecido como máximo solar, é uma altura de inúmeras
manchas solares, pontuada com erupções profundas que enviam radiação e
partículas solares para os confins do espaço.

No entanto, o "timing" do ciclo solar está longe de ser preciso. Desde o
século XVII, altura em que o Homem começou a registar manchas solares
regularmente, que o tempo entre máximos solares sucessivos tem variado
entre 9 e 14 anos, o que torna difícil determinar a sua causa. Agora,
investigadores descobriram um novo marcador para acompanhar o progresso do
ciclo solar - pontos brilhantes na atmosfera solar que permitem-nos
observar a perturbação constante de material dentro do Sol. Estes
marcadores facultam uma nova maneira de ver a forma como os campos
magnéticos evoluem e movem-se pela nossa estrela. Também mostram que poderá
ser necessário um ajuste substancial das teorias já estabelecidas sobre o
que impulsiona este ciclo misterioso.

Historicamente, as teorias sobre o que está a acontecer dentro do Sol, para
alimentar o ciclo solar, baseiam-se apenas num conjunto de observações: a
detecção de manchas solares, um registo de dados que remonta a séculos
atrás. Durante as últimas décadas os investigadores, ao perceberem que as
manchas solares são áreas de campos magnéticos intensos, também têm sido
capazes de incluir observações de medições magnéticas do Sol a mais de 145
milhões de quilómetros de distância.
<http://www.nasa.gov/sites/default/files/timelapse_sun_4k.jpg>Composição de
25 imagens obtidas pelo SDO da NASA, entre Abril 2012 e Abril de 2013. A
imagem revela as faixas de migração de regiões activas na direcção do
equador durante esse período.
Crédito: NASA/SDO/Goddard
(clique na imagem para ver versão maior)

"As manchas solares têm sido o marcador constante para a compreensão dos
mecanismos que dominam o interior do Sol," afirma Scott McIntosh, cientista
espacial no Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica em Boulder, Colorado,
EUA, o primeiro autor de um artigo sobre estes resultados, publicado na
edição de 1 de Setembro da revista The Astrophysical Journal. "Mas os
processos que fabricam manchas solares não são bem compreendidos e, muito
menos, aqueles que governam a sua migração e o que leva ao seu movimento.
Agora podemos ver que existem pontos brilhantes na atmosfera solar, que
funcionam como bóias ancoradas ao que está a acontecer nas profundezas do
Sol. Elas ajudam-nos a desenvolver um quadro diferente do interior da nossa
estrela."

Ao longo de um ciclo solar, as manchas solares tendem a migrar
progressivamente para latitudes mais baixas, movendo-se em direcção ao
equador. A teoria que prevalece é que dois grandes "loops" simétricos de
material, em cada hemisfério solar, parecidos a correias transportadoras,
varrem dos pólos para o equador onde penetram mais profundamente no Sol e,
em seguida, fazem o seu caminho de volta aos pólos. Estas cinturas também
movem o campo magnético através da agitada atmosfera solar. A teoria sugere
que as manchas solares movem-se em sincronia com este fluxo - o rastreio de
manchas solares tem permitido o estudo desse fluxo e as teorias acerca do
ciclo solar têm sido desenvolvidas com base nesta progressão. Mas há muito
que ainda permanece desconhecido: porque é que as manchas solares aparecem
apenas a menos de 30º de latitude? O que faz com que as manchas solares de
ciclos consecutivos virem abruptamente de polaridade magnética, de positivo
para negativo, ou vice-versa? Porque é que a duração do ciclo é tão
variável?

Desde 2010, McIntosh e colegas começaram a seguir o tamanho de áreas
diferentes e equilibradas magneticamente no Sol, isto é, áreas onde existe
um número igual de campos magnéticos que apontam para dentro e para fora do
Sol. A equipa descobriu parcelas magnéticas em tamanhos nunca antes vistos,
mas também avistou parcelas muito maiores do que aquelas observadas
anteriormente - com o diâmetro de Júpiter. Os cientistas também analisaram
estas regiões em imagens da atmosfera do Sol, a coroa, capturadas pelo SDO
(Solar Dynamics Observatory) da NASA. Eles notaram que pontos ubíquos de
extrema luz ultravioleta e raios-X, conhecidos como pontos brilhantes,
preferem pairar em torno dos vértices destas grandes áreas, apelidadas de
"nodos-g" devido à sua escala gigante.

Portanto, estes pontos brilhantes e nodos-g abrem todo um novo modo de
rastrear os fluxos de material dentro do Sol. McIntosh e colegas de seguida
recolheram informações sobre o movimento destas características ao longo
dos últimos 18 anos, a partir de observações disponíveis da sonda SOHO e do
SDO para monitorizar como o último ciclo solar progrediu e como o actual
começou. Eles descobriram que bandas destes marcadores - e,
correspondentemente, os grandes campos magnéticos por baixo - também se
moveram gradualmente em direcção ao equador com o passar do tempo, ao longo
do mesmo percurso que as manchas solares, mas começando a latitudes de
aproximadamente 55 graus. Além disso, cada hemisfério do Sol tem geralmente
mais do que uma destas bandas presentes.

McIntosh explica que esta interacção complexa de linhas de campo magnético
pode ter lugar no interior do Sol, que está em grande parte escondido da
vista. As observações recentes sugerem que o Sol está preenchido com bandas
diferentes de material magnético e polarizado que, quando se formam,
movem-se gradualmente para o equador a partir de latitudes altas. Estas
bandas têm uma polaridade magnética norte ou sul e o seu sinal alterna em
cada hemisfério de tal forma que as polaridades sempre se cancelam. Por
exemplo, ao olhar para o hemisfério norte do Sol, a banda mais próxima do
equador - talvez de polaridade norte - teria linhas de campo magnético que
a ligam com outra banda, a latitudes mais altas, de polaridade sul. Do
outro lado do equador, na metade inferior do Sol, ocorre um processo
semelhante, mas as bandas seria quase o reflexo daquelas do outro lado do
equador, polaridades sul perto do equador e norte a latitudes mais altas.
As linhas do campo magnético ligam as quatro bandas; dentro de cada
hemisfério e também do outro lado do equador.

Enquanto as linhas do campo permanecem relativamente curtas como no exemplo
anterior, o sistema magnético do Sol é mais calmo, produzindo menos manchas
solares e menos erupções. Este é o mínimo solar. Mas assim que as duas
bandas a baixas latitudes alcançam o equador, as suas polaridades
essencialmente anulam-se mutuamente. Desaparecem abruptamente. Este
processo migratório, do início ao fim no equador, demora em média 19 anos,
mas é visto a variar entre 16 e cerca de 21 anos.

Após a batalha equatorial e cancelamento, o Sol fica com apenas duas
grandes bandas que migraram até mais ou menos às latitudes 30 graus. As
linhas do campo magnético destas bandas são muito mais longas e por isso as
bandas em cada hemisfério sentem-se menos uma à outra. Neste ponto, as
manchas solares começam a crescer rapidamente e a actividade desenvolve-se
até ao máximo solar. No entanto, o crescimento dura um determinado tempo
porque o processo de criar uma nova banda de polaridade oposta já começou
em latitudes mais altas. Quando essa nova banda começa a aparecer, a
ligação complexa entre as quatro bandas recomeça e o número de manchas
solares diminui nas bandas a baixa latitude.

Neste cenário, é o ciclo da banda magnética - o tempo de vida de cada banda
à medida que marcha para o equador - que realmente define todo o ciclo
solar. "Assim, o ciclo solar de 11 anos pode ser visto como a sobreposição
entre dois ciclos mais longos," afirma Robert Leamon, da Universidade
Estatal do Montana, em Bozeman, EUA, da sede da NASA em Washington e
co-autor do artigo.

Este novo modelo conceptual também fornece uma explicação do porquê das
manchas solares ficarem presas abaixo dos 30º e porque mudam abruptamente
de sinal. No entanto, o modelo ocasiona uma pergunta sobre uma linha de
latitude diferente: porque é que os marcadores magnéticos, os pontos
brilhantes e os nodos-g, começam a aparecer aos 55 graus?

"Acima dessa latitude, a atmosfera solar parece estar desligada da rotação
abaixo," comenta McIntosh. "Portanto temos razões para acreditar que,
dentro do Sol, a latitudes altas existe um movimento interno e evolução
muito diferentes em comparação com a região perto do equador. A latitude
55º parece ser crítica para o Sol e é algo que precisamos de explorar ainda
mais."

As teorias dos ciclos solares são melhor testadas ao fazer previsões de
quando veremos o próximo mínimo e máximo solar. Esta pesquisa prevê que o
Sol entrará no mínimo solar algures entre a segunda metade de 2017, e que
as manchas solares do próximo ciclo começarão a aparecer perto do final de
2019.

"As pessoas fazem as suas previsões acerca do final deste ciclo solar e do
começo do próximo," afirma Leamon. "Algures entre 2019 e 2020, algumas
pessoas vão estar correctas e outras erradas."

Entretanto, independentemente da nova hipótese fornecida por McIntosh e
colegas estar correcta, este conjunto a longo prazo da posição dos pontos
brilhantes e nodos-g oferece um novo tipo de observações para explorar os
condutores da actividade solar além [unicamente] das manchas solares. A
introdução desta informação em modelos solares vai proporcionar uma
oportunidade para melhorar as simulações da nossa estrela. Estes modelos
avançados dizem-nos também mais sobre outras estrelas, levando a uma melhor
compreensão da actividade magnética em equivalentes celestes distantes.

*Links:*

*Notícias relacionadas:*
NASA (comunicado de imprensa)
<http://www.nasa.gov/content/goddard/researchers-discover-new-clues-to-determining-the-solar-cycle/index.html#.VAgbQMtT4hk>
Artigo científico (arXiv.org) <http://arxiv.org/abs/1403.3071>
The Astrophysical Journal (requer subscrição)
<http://iopscience.iop.org/0004-637X/792/1/12/>
Ciclo solar: marcha magnetizada até ao equador (via YouTube)
<https://www.youtube.com/watch?v=tlwmEll_l6U>
PHYSORG <http://phys.org/news/2014-09-clues-solar.html>
(e) Science News
<http://esciencenews.com/articles/2014/09/04/researchers.discover.new.clues.determining.solar.cycle>
Nature World News
<http://www.natureworldnews.com/articles/8861/20140903/brightpoints-reveal-inner-workings-of-suns-solar-cycle.htm>

*Sol:*
Núcleo de Astronomia do Centro Ciência Viva do Algarve
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/sistema_solar/sol.htm>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Sun>
Ciclo solar (Wikipedia) <http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_variation>
Mancha solar (Wikipedia) <http://en.wikipedia.org/wiki/Sunspot>

*SDO:*
NASA <http://www.nasa.gov/mission_pages/sdo/main/index.html>
Canal do SDO no YouTube <http://www.youtube.com/user/LittleSDOHMI>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Dynamics_Observatory>

*SOHO:*
Página oficial  <http://sohowww.estec.esa.nl/>
Página da ESA  <http://www.esa.int/export/esaSC/120373_index_0_m.html>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliospheric_Observatory>


*Fonte: Núcleo de Astronomia do Centro Ciência Viva do Algarve*
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