Sonda Parker da NASA se aventurará mais perto do que nunca do Sol

 

Ignorando as lições da mitologia, Betsy Congdon passou a primeira década de sua jovem carreira de engenheira em uma missão singular: construir algo que voe perigosamente perto do sol.

Em um dia chuvoso em maio no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins (APL) em Laurel, Maryland, Congdon se agacha ao lado de uma cópia do produto de sua equipe: um protetor térmico de espuma de carbono, um pouco mais largo e muito mais fino que um colchão king size. Outra cópia está próxima, com um estepe pronto para voo selado em um tambor de metal estampado com um aviso involuntariamente irônico: “Não exponha à luz solar direta”.

O verdadeiro foi para o sul, para o Centro Espacial Kennedy, na Flórida, onde, em breve ou logo após o dia 11 de agosto, decolará, ligado ao terminal comercial da sonda Parker Solar da NASA. Seis semanas depois, a sonda alcançará Vênus. A gravidade desse planeta levará a sonda ao coração do sistema solar. Seis semanas depois, Parker mergulhará na corona do sol, uma atmosfera tênue de partículas carregadas a quente, ou plasma, nas primeiras duas dúzias de voos entre agora e 2024.

A Sonda Espacial Parker da NASA se aventurará mais perto do que nunca ao sol para explorar sua corona / Science Magazine

 Durante esses voos, o escudo de calor deve manter a eletrônica frágil da sonda segura enquanto as temperaturas em sua superfície sobem até 1370 ° C. O calor não vem do plasma de um milhão de graus na própria coroa, que é muito fina para transferir muita energia, mas do brilho intenso do sol. No entanto, Congdon não está nervoso. “Nós colocamos todos os seus passos”, diz ela, sua voz ecoando na sala de montagem da nave espacial cavernosa. “Nós colocamos múltiplos deles em todos os seus passos.”

Se tudo correr bem, a espaçonave – segura na sombra do escudo – mostrará um registro do plasma da corona e a rede emaranhada de campos magnéticos que a moldam. Esses dados poderiam resolver mistérios fundamentais. Por exemplo, o que aquece o plasma a mais de 200 vezes a temperatura da superfície do sol? E como o vento solar, uma corrente de partículas de plasma, foge para o espaço? O vento solar tem sido um enigma desde que o físico solar Eugene Parker, o homônimo da sonda, o descreveu em 1958. Entendê-lo melhor poderia ajudar os pesquisadores de hoje a melhorar suas previsões de tempestades solares, as rajadas de vento solar que colidem com o campo magnético da Terra e seus satélites mais fortes, knock out e redes elétricas.

O Parker, de US $ 1,5 bilhão, não é o único grande projeto que visa o sol. Na ilha havaiana de Maui, astrônomos estão dando os toques finais no Telescópio Solar Daniel K. Inouye (DKIST), um projeto de US $ 350 milhões financiado pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA. Com um espelho de 4 metros, o DKIST é mais que o dobro do tamanho dos maiores telescópios solares existentes. Ele deve ser capaz de ampliar a superfície do sol com nitidez incomparável quando as operações começarem em junho de 2020. Nesse mesmo ano, o Solar Orbiter deve ser lançado, com 780 milhões de euros em apoio principal da Agência Espacial Européia. A espaçonave observará radiação de alta energia ondulando através da coroa de um pouco mais distante que Parker.

A superfície visível do sol, a fotosfera, fica a cerca de 5500 ° C. A física da escola afirma que, como a coroa está mais distante da fonte de calor no centro do sol, as temperaturas devem cair. Em vez disso, eles sobem para mais de 1 milhão de graus Celsius.

Heliophysicists lutaram por décadas sobre a origem deste calor extra. Nos grandes traços, pelo menos, eles concordam. A energia provavelmente começa como movimento na fotosfera ou logo abaixo, onde os astrônomos veem grânulos – células cada vez mais agitadas, do tamanho do Texas. Essas são bolhas de plasma convectivo e fervem como um caldeirão, transportando quantidades tremendas de energia cinética. Os cientistas também concordam que os campos magnéticos transportam a energia para fora.

Ao contrário dos materiais do dia-a-dia, o plasma carregado responde ao magnetismo, fluindo ao longo das linhas de campo. As próprias partículas móveis criam correntes elétricas que geram campos magnéticos adicionais. Às vezes, os campos alcançam a superfície do sol e entram na coroa, o que poderia estabelecer um caminho para a energia cinética dos grânulos ser transformada em energia térmica.

“Além disso, se trouxéssemos cinco teóricos, poderíamos obter 15 teorias”, diz St. Cyr. Mas as vias propostas de aquecimento coronal caem em dois ramos gerais.

Em um, mudanças súbitas no emaranhado saliente de linhas de campo magnético bombeiam calor para a coroa. Com ambos os pés plantados na fotosfera, muitas dessas linhas lembram o Gateway Arch de St. Louis, Missouri. Mas, à medida que a superfície se agita, os pés se movem, emaranham as linhas acima. Estresse se acumula. Quando as linhas de campo de repente se encaixam em um arranjo mais estável, vastas quantidades de energia são liberadas no plasma circundante.

Missões como o Observatório Solar Dynamics, da NASA, monitoraram quase duas horas por segundo as mudanças no sol desde 2010. Eles observaram essas mudanças abruptas, chamadas de reconexão magnética, e mostraram que podem expulsar as explosões solares. Os eventos acontecem com freqüência suficiente para explicar alguns, mas não todos, o calor da corona. Os teóricos há muito suspeitavam que “nanoflares” muito menores também poderiam aparecer perto da superfície, muito pequenos e fracos para serem detectados. Um milhão de explosões por segundo, cada uma quase tão poderosa quanto uma bomba de hidrogênio de 50 megatons, poderia explicar totalmente a temperatura medida da corona.

Se o calor da corona vier de enxames de explosões de staccato ainda não descobertas, os bolsões recém-aquecidos da coroa devem atingir temperaturas de até 10 milhões de graus Celsius antes que a energia possa se espalhar. E nos últimos anos, satélites e foguetes suborbitais, observando a atmosfera da Terra em raios-x e ultravioleta (UV), detectaram emissões de plasma coronal nessas temperaturas, adicionando apoio indireto à teoria. “Está lá. Isso é meio incontroverso”, diz o astrofísico Goddard Jim Klimchuk.

Outros teóricos imaginam um caminho diferente para o calor que se eleva das profundezas do sol. O movimento das células plasmáticas borbulhantes excita ondas de energia magnética que se propagam para fora. Em teoria, essas ondas podem chocar linhas de campo nas cordas semelhantes a corona em uma academia CrossFit – especialmente linhas com um pé no sol e o outro pendurado no espaço. Essa agitação aquece partículas próximas, que roubam energia térmica e cinética “como um surfista na crista de uma onda”, diz Kelly Korreck, física solar do Smithsonian Astrophysical Observatory, em Cambridge, Massachusetts.

Técnicos testam células solares na Sonda Parker de NASA, lançando um laser sobre elas (à esquerda). A sonda aguarda a adição de seu escudo térmico e painéis solares antes do lançamento na Flórida (à direita). (ESQUERDA PARA A DIREITA) NASA / JOHNS HOPKINS APL / ED WHITMAN; NASA

O trio de missões futuras deve ajudar a distribuir o orçamento de calor da coroa entre reconexão e ondas, e talvez sugerir subprocessos específicos como nanoflares, embora Korreck soe uma nota de cautela: “Não há um telescópio que definitivamente encontre a resposta”. Parker irá percorrer um caminho onde o aquecimento das ondas deverá dominar. Se Parker sentir ondas, pode verificar quanta energia elas contribuem. E medindo plasma recém-cozido perto do sol – digamos, a rajada de átomos de hélio quente liberada por nanoflare – Parker também deveria ser capaz de detectar vestígios de eventos de aquecimento de reconexão.

O DKIST e o Solar Orbiter, por sua vez, serão adicionados à imagem estudando a área sob o caminho de Parker. Ambos os observatórios – DKIST, usando luz infravermelha; e o Solar Orbiter, usando raios UV e raios X – mapeará as estruturas de campo fugazes e emaranhadas que podem estar provocando nanoflares.

A sonda Parker também explorará o mistério de que Eugene Parker, hoje físico emérito de 91 anos da Universidade de Chicago, em Illinois, partiu para seus herdeiros científicos: o que faz com que o vendaval de partículas carregadas se espalhe por centenas de quilômetros por segundo. o sistema solar? Baixo na coroa, o campo magnético solar tem uma forte rigidez no plasma. Em algum lugar acima disso, as partículas se movem rápido o suficiente para se livrar da gravidade do sol e escapar para o sistema solar. Isso é “onde a mágica acontece, onde o vento solar é acelerado tanto que então decola”, diz Nicola Fox, cientista do projeto da sonda na APL. “Nós estaremos nessa região.”

O vento, como a coroa, parece desafiar a física básica: ela deve esfriar e desacelerar à medida que começa a se espalhar no sistema solar. Mas isso não acontece. Algo continua dirigindo para fora – talvez a energia emitida pelas partículas seguindo os caminhos em espiral ou a dissipação de rajadas turbulentas de plasma. Ao registrar a física de pequena escala do plasma, Parker identificará onde o vento levará e estreitará os possíveis mecanismos que poderiam lançá-lo. “Todos nós sabemos que o diabo está nos detalhes”, diz Fox.

Em outubro do ano passado, um aposentado enérgico vestiu uma rede de cabelo, botas azuis e um jaleco para visitar a sala limpa da APL, ladeada por cientistas da missão. Eugene Parker viera ver seu homônimo, uma sonda dedicada a estudar o próprio vento que ele descrevera seis décadas antes – em parte, de observações de caudas de cometa apontando para longe do sol como meias de vento.

A ideia já foi controversa – dois revisores rejeitaram o artigo de Parker. Agora, o vento solar está no alicerce de uma ciência aplicada emergente. Entender o comportamento da coroa em dias bons pode ser a chave para prever os maus. O que quer que a física acelere, o vento solar também lança perigosas tempestades solares.

O clima adverso do espaço cai em várias classes. O vento solar cotidiano representaria um risco à saúde apenas para os astronautas que viajam para fora do campo magnético protetor da Terra, para locais no espaço profundo, como a Lua ou Marte. As labaredas solares lançam explosões mais fortes de partículas e radiação em direção à Terra, o que pode causar problemas para os satélites e, canalizados pelo campo magnético do planeta em direção aos pólos, criam espetáculos de luz auroral. Os eventos mais raros e mais fortes, chamados de ejeções de massa coronal (CMEs), lançam bolhas densas de partículas que podem sobrecarregar o campo da Terra e prejudicar a tecnologia de comunicação. Em 1967, por exemplo, a Força Aérea dos EUA começou a se preparar para a guerra nuclear depois que vários sistemas de radar de alerta precoce pareciam estar bloqueados. O culpado, encontrado a tempo de evitar o desastre, foi um CME massivo.

“Quando eles vão ocorrer? Quanto tempo eles vão durar? Quão intensos eles serão?” Singer pergunta. “Existem enormes lacunas na compreensão de como prever alguns desses fenômenos.”

O escudo de calor da Sonda Solar da Parker é baixado em uma câmara que imita o vácuo do espaço e o calor do sol. NASA Thermal Protection System being installed in the large vacuum chamber at GSFC

CMEs vêm com pouco aviso. Os satélites da NASA e NOAA que rastreiam o vento solar pairam perto de um ponto gravitacional estável da Terra-Sol que fica a apenas 1% do caminho para o sol. Nas velocidades do vento solar, um evento climático espacial detectado pode chegar à Terra 15 minutos depois. Então, aprender a discernir os sinais de alerta de eventos disruptivos logo ao sol a partir de dados da Parker, DKIST e Solar Orbiter, levará a melhores previsões, diz Singer.

O DKIST levará um microscópio para as mesmas estruturas magnéticas que expelem chamas. O Solar Orbiter medirá os campos magnéticos no lado mais distante do Sol e testará se a monitoração de campos intensos antes que eles rodem à vista possa melhorar as previsões futuras. E Parker deveria melhorar os modelos climáticos espaciais, medindo as condições da coroa quando surgem pequenas explosões. Os membros da equipe esperam que a sonda tenha a sorte de passar por um CME.

Mas tudo isso é trabalho ainda pela frente. A missão do próprio Congdon está quase no fim. O escudo de calor está preso firmemente no topo da Parker, pronto para o espaço. Ela reservou seu próprio ingresso para a Flórida para o início da janela de lançamento de agosto, não para trabalhar nele, mas para apreciá-lo como turista em uma área de visualização especial para os visitantes da APL. O mesmo aconteceu com Eugene Parker, viajando com familiares próximos, que serão festejados como VIPs.

“A alegria nos rostos dos cientistas – é o que estamos procurando”, diz Congdon.

Com informações da NASA

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