Estudo detecta início e propagação da onda gerada por ejeção de matéria solar


Segunda-feira, 9 de novembro de 2015, às 14h41


A estrutura e a complexa dinâmica da atmosfera do Sol são, hoje, relativamente bem conhecidas. Porém, muitos aspectos ainda não foram de todo estabelecidos, demandando novas pesquisas. Um desses aspectos é a ejeção de matéria solar para o espaço interplanetário. Trata-se de um fenômeno que interessa diretamente à humanidade, pois parte da matéria ejetada pode chegar à Terra e interferir nos processos terrestres, sobretudo nas telecomunicações.

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP

Um estudo, conduzido por pesquisadores da Universidade do Vale do Paraíba (Univap), investigou a relação entre a ejeção de massa coronal (coronal mass ejection, CME), isto é, a expulsão de matéria da coroa do Sol, e a produção de ondas de choque, que se propagam através da atmosfera solar.

 

Propagação da onda de choque decorrente da ejeção da massa coronal do sol, detectada na faixa de frequências do ultravioleta extremo. Imagem: arquivo dos pesquisadores

Propagação da onda de choque decorrente da ejeção da massa coronal do sol, detectada na faixa de frequências do ultravioleta extremo. Imagem: arquivo dos pesquisadores

 

O estudo foi publicado na revista Astronomy&Astrophysics por Rafael Douglas Cunha da Silva, Francisco Carlos Rocha Fernandes e Caius Lucius Selhorst. E constituiu um desdobramento da tese de doutorado de Cunha da Silva, orientada por Fernandes e co-orientada por Selhorst, que contou com apoio da FAPESP.

“A ejeção de massa coronal produz a onda de choque, que se propaga pela atmosfera solar com velocidades de 200 a 2.000 quilômetros por segundo. E a perturbação desencadeada na atmosfera pela propagação da onda gera emissões eletromagnéticas em várias faixas de frequência. Tais emissões são, por assim dizer, as assinaturas da onda. Nossa pesquisa procurou correlacionar duas emissões eletromagnéticas diferentes: em rádio e em ultravioleta extremo”, disse Fernandes à Agência FAPESP.

Fernandes é coordenador do Curso de Doutorado em Física e Astronomia da Univap e pesquisador principal do projeto temático “Desenvolvimento do Brazilian Decimetric Array”, apoiado pela FAPESP .

“Tentamos determinar em que altura da atmosfera solar são produzidas as ondas de choque e como elas se propagam. A densidade da atmosfera solar diminui com a altura. E a frequência da emissão depende da densidade do plasma local. Então, medindo a frequência, é possível calcular a densidade, e, por extensão, a altura”, detalhou Selhorst.

Selhorst é professor da Univap e conduz, atualmente, outro projeto de pesquisa apoiado pela FAPESP: “Estudo das mudanças no campo magnético solar a partir de observações rádio”.

A ejeção de massa coronal (CME) libera para o espaço interplanetário grande quantidade de matéria aquecida, constituída principalmente de elétrons e prótons e, em pequena porcentagem, também de íons de elementos mais pesados, como hélio, oxigênio e até ferro. Esse material, juntamente com o chamado “vento solar”, se propaga até os confins da heliosfera, muito além da órbita de Plutão, a cerca de 100 vezes a distância entre a Terra e o Sol.

Rearranjo do campo magnético

As CMEs parecem estar associadas a liberações súbitas de energia decorrentes do rearranjo do campo magnético na atmosfera solar. “São fenômenos recorrentes, que, em períodos de máxima atividade, ocorrem, na média, de duas a três vezes por dia. E, em períodos de baixa atividade, uma vez por semana”, informou Selhorst.

A emissão eletromagnética observada em rádio não está associada à CME em si, mas à onda de choque que ela provoca ao se propagar pela atmosfera do Sol. “Essa onda de choque pode ser detectada, por satélites, na faixa do ultravioleta. O que obtivemos no trabalho foi uma boa associação temporal entre a expansão da onda de choque, detectada no ultravioleta extremo, e o evento em rádio”, detalhou Cunha da Silva.

Essa associação é importante porque, apenas no ultravioleta, não é possível observar a produção e a propagação da onda de choque de maneira precisa, uma vez que os equipamentos utilizados, como os satélites gêmeos Stereo, têm resolução temporal da ordem de cinco minutos. Já os dados em rádio têm resolução temporal da ordem de milissegundos.

“A nova geração de instrumentos a bordo de satélites melhorou muitíssimo a resolução temporal de detecção em ultravioleta extremo. O detector AIA, a bordo do satélite SDO, lançado em 2010, obtém imagens do Sol inteiro a cada 12 segundos. Isso torna bem fácil a identificação dos eventos. Porém, ainda resta o problema de a imagem obtida ser uma projeção bidimensional de um evento tridimensional”, ponderou Selhorst.

“Por isso, a utilização de espectros em rádio ainda é um dos principais métodos de observação indireta da formação de ondas de choque coronais, em especial daquelas produzidas por expansão inicial de CMEs. A análise desses espectros permite estimar a altura da atmosfera solar onde ocorre a radioemissão. E também a direção, radial ou oblíqua, da fonte emissora”, prosseguiu o pesquisador.

Região de transição

A maior parte das ejeções origina-se relativamente perto da “superfície” do Sol. “Superfície” é, obviamente, um modo de dizer. O que chamamos de “superfície” é, de fato, a região na qual a emissão na luz visível se torna opaca, impedindo a observação da estrutura interna do Sol. Acima dessa superfície opaca, inicia-se a atmosfera solar propriamente dita, constituída por três camadas distintas: a fotosfera, a cromosfera e a coroa. Entre a cromosfera e a coroa solar, existe uma estreita “região de transição”, onde a temperatura e a densidade do plasma mudam drasticamente.

A coroa solar é tão rarefeita que só pode ser observada a olho nu durante os eclipses totais do Sol. Para melhor estudar os fenômenos que nela ocorrem, simula-se um eclipse, colocando-se um anteparo (coronógrafo) para bloquear a emissão das camadas mais baixas da atmosfera solar.

“Quando estudamos o Sol por meio de um instrumento mais convencional, como o coronógrafo, não conseguimos detectar o ponto em que as ondas de choque são geradas, porque o anteparo do coronógrafo esconde não apenas o disco solar, mas também parte de sua atmosfera. Já no estudo em ultravioleta extremo e em rádio, essa obstrução não ocorre. E se torna possível observar o início da propagação da onda de choque em regiões bem próximas da superfície”, concluiu Selhorst.

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