Solar Orbiter: transformar imagens em física
Os resultados mais recentes da Solar Orbiter mostram que a missão está a fazer as primeiras conexões diretas entre os eventos na superfície solar e o que está a acontecer no espaço interplanetário ao redor da aeronave. Também nos está a dar novas perspetivas sobre ‘fogueiras’ solares, clima espacial e cometas em desintegração.
“Não poderia estar mais satisfeito com o desempenho da Solar Orbiter e as várias equipas que a mantêm e aos seus instrumentos em operação,” disse Daniel Müller, cientista do projeto Solar Orbiter da ESA.
“Este ano tem sido um verdadeiro esforço da equipa em circunstâncias difíceis e agora estamos a começar a ver estes esforços realmente a valer a pena.”
Os dez instrumentos científicos da Solar Orbiter estão divididos em dois grupos. Existem seis telescópios de sensoriamento remoto e quatro instrumentos in situ. Os instrumentos de sensoriamento remoto olham para o Sol e para a sua extensa atmosfera, a coroa. Os instrumentos in situ medem as partículas ao redor da aeronave que foram libertadas pelo Sol e são conhecidas como vento solar, juntamente com os seus campos magnéticos e elétricos. Rastrear a origem dessas partículas e campos de volta à superfície solar é um dos objetivos principais da Solar Orbiter.
Durante a primeira passagem da Solar Orbiter perto do Sol, que ocorreu a 15 de junho em que a aeronave se aproximou a 77 milhões de quilómetros, tanto o sensoriamento remoto quanto os instrumentos in situ estavam a registar dados.
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Pegadas do vento solar
Os dados da Solar Orbiter tornaram possível calcular a região de origem do vento solar que atinge a aeronave e identificar essa “pegada” nas imagens de sensoriamento remoto. Num exemplo estudado em junho de 2020, a pegada é vista na borda de uma região denominada “buraco coronal”, onde o campo magnético do Sol alcança o espaço, permitindo que o vento solar flua.
Embora o trabalho seja preliminar, ainda está além de tudo o que foi possível até agora.
“Nunca antes fomos capazes de mapear com esta precisão,” disse Tim Horbury, Imperial College, Londres, e presidente do Solar Orbiter In-Situ Working Group.
Física das fogueiras
A Solar Orbiter também tem novas informações sobre as “fogueiras” do Sol que chamaram a atenção do mundo no início deste ano.
As primeiras imagens da missão mostraram uma infinidade do que parecia ser minúsculas erupções solares a explodir na superfície do Sol. Os cientistas chamaram-nas de fogueiras porque a energia exata associada a esses eventos ainda não é conhecida. Sem a energia, ainda não está claro se são o mesmo fenómeno que outros eventos eruptivos de menor escala que foram observados por outras missões. O que torna tudo tão tentador é que há muito se pensa que “nano-chamas” de pequena escala existem no Sol, mas nunca antes tivemos os meios de observar eventos tão pequenos.
“As fogueiras podem ser as nano-chamas que buscamos com a Solar Orbiter,” diz Frédéric Auchère, Institut d’Astrophysique Spatiale, Orsay, França, e presidente do Solar Orbiter Remote-Sensing Working Group.
Isto é importante porque teoriza-se que as nano-chamas são responsáveis pelo aquecimento da coroa, a atmosfera externa do sol. O fato de que a coroa está a cerca de um milhão de graus Celsius, enquanto a superfície tem apenas cerca de 5000 graus, ainda é uma das questões mais intrigantes na física solar hoje. Investigar este mistério é um dos principais objetivos científicos da Solar Orbiter.
Para explorar a ideia, os investigadores têm analisado dados pelo instrumento SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) da Solar Orbiter. O SPICE está projetado para revelar a velocidade do gás na superfície solar. Este mostrou que realmente existem eventos de pequena escala nos quais o gás se está a mover com uma velocidade significativa, mas ainda não foi feita a pesquisa por uma correlação com as fogueiras.
“Neste momento, só temos os dados de comissionamento, obtidos quando as equipas ainda estavam a aprender o comportamento dos seus instrumentos no espaço, e os resultados são muito preliminares. Mas, claramente, vemos coisas muito interessantes,” diz Frédéric. “A Solar Orbiter tem tudo a ver com descoberta e isso é muito emocionante.”
Surfar na cauda de um cometa
Assim como o progresso em direção aos objetivos científicos planeados da Solar Orbiter, também houve ciência acidental da aeronave.
Logo após a Solar Orbiter ser lançada, foi notado que voaria abaixo do Cometa ATLAS, passando pelas suas duas caudas. Embora a Solar Orbiter não tenha sido projetada para tal encontro, e não devesse estar a obter dados científicos nesse momento, os especialistas da missão trabalharam para garantir que todos os instrumentos in situ registassem o encontro único.
Mas a Natureza tinha mais uma carta a jogar: o cometa desintegrou-se antes que a aeronave se aproximasse. Portanto, em vez dos esperados sinais fortes vindos das caudas, era perfeitamente possível que a aeronave não visse absolutamente nada.
Esse não foi o caso. A Solar Orbiter viu assinaturas nos dados do cometa ATLAS, mas não o tipo de coisa que os cientistas normalmente esperariam. Em vez de um cruzamento de cauda forte e único, a aeronave detetou vários episódios de ondas nos dados magnéticos. Também detetou poeira em fragmentos. Provavelmente, foram libertados do interior do cometa, pois este dividiu-se em vários pedaços pequenos.
“Esta é a primeira vez que viajamos essencialmente através da cauda de um cometa que se está a desintegrar,” diz Tim. “Há muitos dados realmente interessantes, e é outro exemplo do tipo de ciência fortuita de alta qualidade que podemos fazer com a Solar Orbiter.”
Clima espacial furtivo
A Solar Orbiter tem vindo a medir o vento solar durante grande parte do seu tempo no espaço, registando uma série de ejeções de partículas do sol. Depois, a 19 de abril, uma ejeção de massa coronal particularmente interessante varreu a Solar Orbiter.
Uma ejeção de massa coronal, ou CME, é um grande evento climático espacial, no qual milhares de milhões de toneladas de partículas podem ser ejetadas da atmosfera externa do Sol. Durante esta CME específica, que irrompeu do Sol a 14 de abril, a Solar Orbiter estava a cerca de vinte por cento do caminho da Terra ao Sol.
A Solar Orbiter não foi a única aeronave que observou este evento. A missão BepiColombo Mercury da ESA estava, por acaso, a voar pela Terra na altura. Havia também uma aeronave solar da NASA, chamada STEREO, situada a cerca de noventa graus de distância da linha direta Sol-Terra, e a olhar diretamente para a área do espaço que a CME viajou. Observou o impacto da CME na Solar Orbiter e, em seguida, na BepiColombo e na Terra. A combinação das medições de todas as diferentes aeronaves permitiu aos investigadores realmente estudar a maneira como a ejeção de massa coronal evoluiu ao viajar pelo espaço.
Isto é conhecido como ciência multiponto e, graças ao número de aeronaves agora no sistema solar interno, tornar-se-á uma ferramenta cada vez mais poderosa na nossa busca para compreender o vento solar e o clima espacial.
“Podemos olhar para ele remotamente, podemos medi-lo in situ e podemos ver como uma CME muda conforme se desloca em direção à Terra,” diz Tim.
Talvez tão intrigantes quanto a aeronave que observou o evento, foram aquelas que não o fizeram. A aeronave SOHO da ESA-NASA, que está situada em frente à Terra e constantemente a observar o Sol em busca de erupções como esta, mal a registou. Isto coloca o evento de 19 de abril numa classe rara de eventos climáticos espaciais, denominada CME fortuita. O estudo destes eventos mais elusivos ajudar-nos-á a entender o clima espacial de maneira mais completa.
Nos próximos anos, as oportunidades para a ciência multiponto aumentarão. No dia 27 de dezembro, a Solar Orbiter completará o seu primeiro sobrevoo em Vénus. Este evento usará a gravidade do planeta para mover a aeronave para mais perto do Sol, colocando a Solar Orbiter numa posição ainda melhor para medições conjuntas com a Parker Solar Probe da NASA, que também completará dois sobrevoos a Vénus em 2021.
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Enquanto Parker faz medições in situ de dentro da atmosfera solar, a Solar Orbiter obterá imagens da mesma região. Juntas, as duas aeronaves fornecerão os detalhes e uma perspetiva mais alargada.
“2021 será um momento emocionante para a Solar Orbiter”, disse Teresa Nieves-Chinchilla, cientista do Projeto Solar Orbiter da NASA. “Até ao final do ano, todos os instrumentos estarão a trabalhar juntos em pleno modo de ciência, e estaremos a preparar-nos para chegar ainda mais perto do Sol.”
Em 2022, a Solar Orbiter estará próxima de 48 milhões de quilómetros da superfície do Sol, mais de 20 milhões de quilómetros mais perto do que em 2021.
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