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SOHO celebra 20 anos de ciência espacial


Ilustração SOHO da ESA e da NASA, com o Sol visto pelo seu telescópio ultravioleta no dia 14 de setembro de 1999.
Crédito: nave - ESA/ATG medialab; Sol - SOHO (ESA & NASA)

Depois de 20 anos no espaço, a SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) da ESA e da NASA ainda está forte. Lançada originalmente em 1995, para estudar o Sol e a sua influência para lá do Sistema Solar, a SOHO revolucionou este campo da ciência, também conhecido como heliofísica, fornecendo a base para mais de 5000 artigos científicos. A SOHO também encontrou um papel inesperado como o maior caçador de cometas de todos os tempos, atingindo 3000 descobertas cometárias em setembro de 2015.

Quando a SOHO foi lançada em 2 de dezembro de 1995, o campo da heliofísica parecia muito diferente do que é hoje. Ainda estavam por responder questões acerca do interior do Sol, da origem do fluxo constante de material libertado pelo Sol, conhecido como vento solar, e o misterioso aquecimento da atmosfera solar. Vinte anos mais tarde, não só temos uma ideia muito melhor sobre o que alimenta o Sol, como toda a nossa compreensão de como o Sol se comporta mudou.

"A SOHO mudou a visão popular do Sol, de uma imagem de objeto estático e imutável no céu, para o monstro dinâmico que é," afirma Bernhard Fleck, cientista do projeto SOHO para a ESA e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado americano de Maryland.

Até o próprio conceito de clima espacial - agora definido para abranger quaisquer eventos ou condições decorrentes do Sol que podem afetar sistemas tecnológicos espaciais e terrestres e, através destes, a vida e os esforços humanos - não era bem compreendido aquando do lançamento da SOHO. Nessa altura, pensava-se que as erupções solares eram o principal evento solar que afetava a Terra, em parte porque são os mais observados. Graças ao coronógrafo da SOHO - um tipo de câmara que usa um disco sólido para bloquear a face brilhante do Sol, a fim de melhor observar a comparativamente ténue atmosfera solar, conhecida como coroa - hoje sabemos que as nuvens gigantes que são expelidas pelo Sol, chamadas ejeções de massa coronal , ou EMCs, são uma grande parte do quebra-cabeças do clima espacial. Apesar de outros dois coronógrafos espaciais terem precedido o da SOHO, nenhum forneceu a mesma quantidade ou qualidade de observações.

"Muitas EMCs ténues escaparam à atenção dos coronógrafos mais velhos," afirma Joe Gurman, cientista do projeto SOHO em Goddard. "À luz dos dados da SOHO, percebemos que as EMCs são muito mais comuns - e mais variáveis ao longo do ciclo solar - do que pensávamos."

As EMCs, nuvens enormes e velozes de material solar eletricamente carregado que contêm campos magnéticos incorporados, podem causar tempestades geomagnéticas quando colidem com o campo magnético da Terra, agitando-o e fazendo-os oscilar. A capacidade de ligar os efeitos das tempestades geomagnéticas - como as auroras, perturbações nos GPS e nas comunicações, correntes induzidas geomagneticamente, o que pode colocar em risco as redes elétricas - com eventos no Sol trouxe a ideia de clima espacial ao grosso da população.


Esta imagem de uma ejeção de massa coronal, ou EMC, foi captada pela SOHO no dia 5 de março de 2013. Este evento é um halo de EMC, cujo nome é derivado da nuvem de material solar que se espalha como uma espécie de círculo ténue em redor do disco do Sol. Antes da SOHO descobrir que os tsunamis solares acontecem normalmente em conjunção com as EMCs, os cientistas geralmente não tinham maneira de saber se um halo de EMC vinha na direção da Terra ou na direção oposta. A mancha brilhante à direita é o planeta Vénus.
Crédito: ESA/NASA/SOHO


"Graças à SOHO, há um crescente reconhecimento público de que vivemos na atmosfera alargada de uma estrela magneticamente ativa," afirma Gurman. "E as pessoas percebem que a atividade solar pode afetar a Terra."

Mas o coronógrafo da SOHO não foi o único instrumento com poder de mudança. Antes do lançamento da SOHO, transportando com ela o EIT (Extreme ultraviolet Imaging Telescope), as únicas câmaras capazes de obter imagens do Sol no ultravioleta extremo - radiação que a atmosfera da Terra bloqueia, tornando impossíveis as observações a partir do solo - eram aquelas em foguetes-sonda suborbitais, que recolhem dados durante apenas alguns minutos por hora.

"Pela primeira vez, vimos no ultravioleta extremo ondas que percorriam o Sol a 1,6 milhões de quilômetros por hora," comenta Alex Young, cientista espacial também em Goddard.

Estes tsunamis à superfície solar - ainda conhecidos por muitos como ondas EIT, em honra ao instrumento que os observou pela primeira vez - ocorrem em estreita articulação com as EMCs. Antes da descoberta dos tsunamis solares, os cientistas não tinham, normalmente, nenhuma maneira de saber se uma EMC se dirigia na direção da Terra ou na direção oposta, uma vez que todas as EMCs na linha Terra-Sol simplesmente aparecem em imagens do coronógrafo como um halo gigante em torno do Sol.

Os cientistas quase que perdiam esta e outras descobertas da SOHO. Em 1998, a sonda ficou perdida por quatro meses devido a um erro de software. Uma equipa conjunta da ESA/NASA foi finalmente capaz de recuperar a nave espacial em setembro desse ano, em parte usando o radiotelescópio gigante de Arecibo para localizar a nave e para restabelecer o comando. Este salvamento foi crucial para a heliofísica, dado que grande parte do sucesso científico da SOHO pode ser atribuído aos seus 20 anos de observação quase constante.

"Com a SOHO, descobrimos que o Sol varia em cada escala de tempo que podemos medir," afirma Gurman. "Quer se trate de 20 anos ou de apenas alguns milissegundos, descobrimos novos fenômenos."

Apesar de ter alargado o nosso conhecimento de todas as facetas da heliofísica, a SOHO foi lançada para responder a três questões principais. A primeira - qual é a estrutura interna do Sol?

Embora os cientistas já tivessem desenvolvido teorias acerca das camadas de gás ionizado e do complexo campo magnético que compõem a nossa estrela mais próxima, não tinham maneira de confirmar as suas ideias a não ser observando a superfície do Sol. Mas a SOHO transporta um instrumento que pode fazer uma espécie de sonograma solar, auxiliando os investigadores a compreender a estrutura interna do Sol.


Esta animação mostra um tsunami solar - também conhecido como onda EIT, em honra ao instrumento da SOHO, que captou as primeiras imagens destes eventos - que se expande para fora a partir de uma região ativa mesmo depois de uma erupção solar, no dia 14 de julho de 2000. Os tsunamis solares, que normalmente ocorrem em conjunção com as ejeções de massa coronal, ou EMCs, deu aos cientistas as primeiras pistas sobre se as EMCs de halo - que se espalham em todas as direções em redor do Sol nas imagens do coronógrafo - se dirigiam ou não na direção da Terra.
Crédito: ESA/NASA/SOHO


Isto ajudou a resolver o que ficou conhecido como o problema dos neutrinos solares, em que o número de um certo tipo de neutrinos solares observados na Terra não coincidia com o número previsto pelas nossas teorias sobre o Sol.

"Ao obtermos uma imagem precisa da estrutura interna do Sol, confirmamos as nossas teorias acerca do número de neutrinos que emite," afirma Fleck. "Isso provou que o problema dos neutrinos solares veio de um mal-entendido sobre os próprios neutrinos - não do Sol."

Descobriu-se mais tarde que os neutrinos podem sofrer uma alteração de tipo durante a sua viagem desde o Sol, o que explica a diferença entre as previsões e as observações. Esta pesquisa ganhou o Prêmio Nobel da Física em 2015.

A segunda questão que a SOHO foi concebida para responder era acerca da aceleração do vento solar. O Sol está constantemente a perder material em todas as direções, mas a velocidade desse fluxo de material - conhecido como vento solar - é muito superior ao que seria de esperar de uma visão relativamente simples do Sol. As observações da SOHO mostraram como alguns dos fluxos mais velozes do vento solar são acelerados em buracos coronais, áreas no Sol onde o campo magnético está aberto para o espaço interplanetário.

Até agora, ainda ninguém conseguir responder definitivamente à terceira questão da SOHO - o que causa as extraordinariamente altas temperaturas na atmosfera do Sol, a coroa?

"A coroa é incrivelmente quente, centenas de vezes mais quente que as camadas abaixo," comenta Fleck. "Dado que a fonte de energia do Sol está no seu centro, basicamente seria de esperar que a coroa - a sua camada mais externa - fosse a mais fria."

As observações da SOHO forneceram a base de muitas explicações possíveis para o problema do aquecimento coronal mas, apesar de ser conhecido, ainda não foi resolvido. No entanto, a missão Solar Probe Plus da NASA, com lançamento previsto para 2018, vai voar mais perto do Sol do que qualquer outra nave a fim de investigar esta mesma questão.

A Solar Probe Plus é uma de muitas missões moldadas pela SOHO e pelas suas descobertas. Outras incluem a SDO (Solar Dynamics Observatory), as STEREO (Solar and Terrestrial Relations Observatory) e a IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph), as três da NASA, como também a Hinode da JAXA/NASA.

"Sem a SOHO, não haveria SDO, STEREO, IRIS ou Hinode," conclui Young. "A SOHO mostrou-nos coisas que nunca tínhamos visto antes e percebemos que precisávamos de mais olhos no Sol."



FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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