Aproximadamente a cada 11 anos, o Sol passa por uma mudança radical de personalidade, de calmo e silencioso para violentamente ativo. A altura da atividade solrar, chamada solar máximo, é uma época de várias manchas solares, pontudada por profundas erupções que enviam radiação e partículas solares até os confins dos espaço.
Entretanto a duração do ciclo solar não é precisa. Desde que a humanidade começou a registrar as manchas solares com regularidades, no século 17, o tempo entre sucessivos solares máximos chegou a ser tão curto quanto nove anos, e tão longo quanto 14, o que torna difícil estabelecer sua causa. Agora, pesquisadores descobriram um novo marcador para seguir o curso do ciclo colar— pontos brilhantes, pequenas manchas brilhantes na atmosfera solar que permite observar a constante agitação de matéria no interior do Sol. Esses marcadores proporcionam um novo meio de ver a forma como os campos magnéticos se modifica e movimenta através de nossa estrela mais próxima. Eles também mostram que pode ser necessário um substancial ajuste em teorias estabelecidas sobre o que regula este misterioso ciclo.
Historicamente, as teorias sobre o que acontece no interior do Sol para regular o ciclo solar se basearam somente em um conjunto de observações: a detecção de manchas solares, um registro de dados que remonta a séculos. Durante as últimas décadas, percebendo que manchas solares são áreas de intensos campos magnéticos, os pesquisadores puderam também incluir observações de medições magnéticas do Sol à distância de mais de 90 milhões de milhas.
"As manchas solares sempre foram o marcador para a compreensão dos mecanismos que comandam o interior do Sol," disse Scott McIntosh, cientista espacial do Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas em Boulder, Colorado, e primeiro autor de um artigo sobre esses resultados, publicado na edição de 1º de setembro de 2014 Astrophysical Journal. "Mas os processos que causam as machas solares não são bem compreendidos, e muito menos os que causam sua migração e o que orienta seu movimento. Agora pode-se ver que há pontos brilhantes na atmosfera solar, que atuam como boias ancoradas ao que há muito mais abaixo. Eles nos ajudam a desenvolver uma visão diferente do interior do Sol."
No decorrer de um ciclo solar, as manchas solares tendem a migrar progressivamente para latitudes mais baixas, movendo-se em direção ao equador. A teoria prevalecente diz que dois grandes laços simétricos de matéria em cada um dos hemisférios solares, como enormes correias transmissoras, correm dos polos para o equador, onde mergulham mais profundamente no Sol, para em seguida voltar direto aos polos. Essas correias transportadoras também movem o campo magnético através da escaldante atmosfera solar. A teoria sugere que as manchas solares de movem em sincronia com este fluxo – o rastreamento de manchas solares permitiu um estudo daquele fluxo e teorias sobre o ciclo solar foram desenvolvidas com base naquela progressão. Mas ainda há muita coisa desconhecida: Por que as machas solares só aparecem abaixo de cerca de 30 graus? O que faz as manchas solares de ciclos consecutivos abruptamente alternarem a polaridade magnética de positiva para negativa, ou vice versa? Por que o tempo do ciclo é tão variável?
Iniciando em 2010, McIntosh e seus parceiros começaram a rastrear o tamanho de diferentes áreas magneticamente equilibradas do Sol, isto é, áreas onde há um número igual de campos magnéticos apontado para dentro e para fora do Sol. A equipe descobriu pacotes magnéticos em tamanhos que haviam sido vistos antes, mas também identificou pacotes muito maiores do que aqueles anteriormente notados — com diâmetros semelhante ao de Júpiter. Os pesquisadores também olharam essas regiões em imagens da atmosfera do Sol, a corona, registradas pelo Observatório de Dinâmica Solar da NASA, o SDO. Ele notaram que manchas onipresentes de luz ultravioleta extrema e raios X, chamados pontos brilhantes, preferem pairar ao redor dos vértices dessas grandes áreas, chamadas “g-nodes” devido à sua gigantesca escala.
Esses pontos brilhantes e g-nodes, portanto, descortinam uma maneira inteiramente nova de investigar como a matéria fui para dentro do Sol. McIntosh e seus parceiros então coletaram informações sobre o movimento dessas particularidades durantes os últimos 18 anos de observações disponíveis Observatório Solar e Heliosférioco da Agência Espacial Europeia e da NASA e do SDO para monitorar como o último ciclo solar se desenvolveu e o atual começou. eles descobriram que as faixas desses marcadores – e, portanto, os correspondentes grandes campos magnéticos subjacentes – também se moveram firmemente em direção ao equasor ao longo do tempo, pelo mesmo caminho das manchas solares, mas começando em uma latitude de cerca de 55 graus. Além disso, cada hemisfério do Sol costuma ter mais do que uma dessas faixas presentes.
McIntosh explica que uma complexa interação de linhas de campos magnéticos pode ocorrer no interior do Sol a qual é bastante oculta da visão. As recentes observações sugerem que o Sol é cheio de faixas de materiais magnéticos diferentemente polarizados que, uma vez formados, movem-se firmemente em direção ao equador a partir de altas latitudes. Essas faixas terão uma polaridade magnética norte ou sul, e seus sinais alternam em cada hemisfério de tal forma que as polaridades sempre se cancelam. Por exemplo, olhando para o hemisfério norte do Sol, a faixa mais próxima do equador – talvez de polaridade norte – teria linhas de campo magnético que se conectam a outra faixa, a maiores latitudes, de polaridade sul. Através do equador,na metade inferior do Sol, ocorre um processo similar, mas as faixas seriam quase uma imagem de espelho daquelas através do equador, polaridade sul próximo ao equador e norte a maiores latitudes. Linhas de campo magnético conectariam as quatro faixas; dentro de cada hemisfério e através do equador, também.
Após a batalha equatorial e os cancelamentos, o Sol fica com apenas duas grandes faixas que se mudaram para cera de 30 graus de latitude. As linhas de campo magnético dessas faixas são muito mais longas e, portanto, as faixas em cada hemisfério sentem umas ás outras. Neste ponto, as manchas solares começam a crescer rapidamente nas faixas, começando a escalada para o solar máximo. Entretanto o crescimento só dura tanto porque o processo de gerar uma nova faixa de polaridade oposta já começou a latas latitudes. Quando aquela nova faixa começa a aparecer, a complexa conexão de quatro faixas se inicia novamente e a quantidade de manchas solares começa a diminuir nas faixas de baixas latitudes.
Neste cenário, é o ciclo da faixa magnética – o tempo de duração de cada faixa enquanto viaja em direção ao equador – que realmente define todo o ciclo solar. “Assim, o ciclo solar de 11 anos pode ser visto como a sobreposição entre dos ciclos muito mais longos,” disse Robert Leamon, coautor do artigo na Universidade Estadual de Montana em Bozeman e na sede da NASA em Washington.
O novo modelo conceitual também fornece uma explicação sobre o motivo por que as manchas solares são aprisionadas abaixo de 30 graus e mudam abruptamente de sinal. Entretanto o modelo cria uma questão sobre uma linha de latitude diferente: Por que os marcadores magnéticos, os pontos brilhantes e os g-nodes, começam a aparecer a 55 graus?
"Acima daquela latitude, a atmosfera solar parece estar desconectada da rotação sob elat," disse McIntosh. "Então, há uma razão para acreditar que, no interior do Sol, há um movimento interno muito diferente e evolução a altas latitudes em comparação à região próxima ao equador. 55 graus parece ser uma latitude crítica para o Sol e e algo que precisamos explorar mais."
As teorias sobre ciclos solares são melhor testadas fazendo-se previsões de quando veremos o próximo solar mínimo e o próximo solar máximo. Esse artigo de pesquisa prevês que o Sol irá entrar no solar minimo em algum momento do último semestre de 2017, com as manchas solares do próximo ciclo aparecendo no final de 2019.
"People make their predictions for when this solar cycle will end and the next one will start," said Leamon. "Em algum momento de 2019 ou 2020, alguns mostraram que estavam certos, e outros, errados."
Nesse ínterim, não obstante a nova hipótese fornecida por McIntosh e seus parceiros esteja correcta, este conjunto de longo prazo de localizações de pontos brilhantes e g-nodes oferece um novo conjunto de observações para explorar os causadores de atividade solar além de apenas manchas solares. A inserção dessas informações em modelos solares irá fornecer uma oportunidade de melhorar as simulalações de nossa estrela. Esses modelos avançados nos dizem mais também sobre outras estrelas, levando a uma melhor compreensão de atividades magnéticas similares em outros, mais exóticos correspondentes celestiais distantes.
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