Os pólos ocultos do Sol poderão finalmente revelar seus maiores segredos

Por que os poloneses são importantes

À primeira vista, os pólos do Sol parecem calmos em comparação com as latitudes médias ativas em torno de ±35°, onde dominam as manchas solares, erupções solares e ejeções de massa coronal (CMEs). Mas as aparências enganam. Os campos magnéticos nos pólos são vitais para o processo dínamo global do Sol e podem atuar como “campos-sementes” que moldam o próximo ciclo solar, definindo a estrutura magnética solar geral. Dados da sonda Ulysses mostraram que o rápido vento solar se origina principalmente de vastos buracos coronais próximos aos pólos. Compreender estas regiões é, portanto, fundamental para responder a três das questões mais importantes da física solar:

1. Como o dínamo solar opera e conduz o ciclo magnético?

O ciclo magnético do Sol é um padrão repetitivo que dura cerca de 11 anos, marcado por flutuações no número de manchas solares e uma inversão completa dos pólos magnéticos do Sol. Este processo é impulsionado por um complexo mecanismo de dínamo alimentado pelo movimento interno do Sol. A rotação diferencial produz atividade magnética, enquanto a circulação meridional transporta o fluxo magnético em direção aos pólos. No entanto, décadas de estudos heliossísmicos revelaram informações conflitantes sobre como esses fluxos se comportam nas profundezas da zona de convecção. Algumas evidências apontam mesmo para fluxos em direcção aos pólos na base da zona, desafiando as teorias tradicionais do dínamo. São necessárias observações a partir de latitudes elevadas para clarificar estes padrões de fluxo interno e refinar os modelos existentes.

2. O que alimenta o rápido vento solar?

O rápido vento solar – um fluxo supersônico de partículas carregadas – origina-se principalmente nos buracos coronais polares do Sol e preenche a maior parte da heliosfera, moldando as condições no espaço interplanetário. No entanto, os cientistas ainda não compreendem completamente como tudo começa. Emerge de plumas densas dentro dos buracos coronais ou de regiões mais difusas entre eles? Os eventos de reconexão magnética, as interações das ondas ou ambos são responsáveis ​​pela aceleração do fluxo? Somente imagens diretas dos pólos e medições in situ podem resolver essas questões de longa data.

3. Como os eventos climáticos espaciais se espalham pelo sistema solar?

O clima espacial refere-se a mudanças no vento solar e erupções solares que perturbam o ambiente espacial. Eventos extremos, como explosões poderosas e CMEs, podem desencadear tempestades geomagnéticas e ionosféricas na Terra, criando auroras deslumbrantes, mas também ameaçando satélites, sistemas de comunicação e redes elétricas. Para melhorar as previsões, os investigadores devem acompanhar como o material solar e as estruturas magnéticas evoluem através do Sol e do espaço, e não apenas da perspectiva limitada do plano orbital da Terra. A observação de fora da eclíptica forneceria uma visão crucial de cima para baixo, ajudando os cientistas a rastrear como as CMEs e outras perturbações viajam através do sistema solar.

Esforços anteriores

Os cientistas há muito reconhecem a importância das observações polares solares. A missão Ulysses, lançada em 1990, foi a primeira nave espacial a deixar o plano da eclíptica e a recolher amostras do vento solar sobre os pólos. Os seus instrumentos in-situ confirmaram as principais propriedades do rápido vento solar, mas não possuíam capacidade de imagem. Mais recentemente, o Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia tem vindo gradualmente a sair do plano da eclíptica e deverá atingir latitudes de cerca de 34° dentro de alguns anos. Embora isto represente um progresso notável, ainda está muito aquém da vantagem necessária para uma verdadeira visão polar.

Uma série de conceitos de missão ambiciosos foram propostos nas últimas décadas, incluindo o Solar Polar Imager (SPI), a Investigação POLAR do Sol (POLARIS), o Telescópio Solar Polar ORbit (SPORT), a missão Solaris e a Missão Solar de Alta Inclinação (HISM). Alguns imaginaram o uso de propulsão avançada, como velas solares, para atingir altas inclinações. Outros confiaram na ajuda da gravidade para inclinar gradativamente suas órbitas. Cada uma dessas missões transportaria instrumentos de sensoriamento remoto e in-situ para obter imagens dos pólos do Sol e medir parâmetros físicos importantes acima dos pólos.

A Missão SPO

O Observatório Solar de Órbita Polar (SPO) foi projetado especificamente para superar as limitações de missões passadas e atuais. Programado para lançamento em janeiro de 2029, o SPO usará um auxílio gravitacional de Júpiter (JGA) para desviar sua trajetória para fora do plano da eclíptica. Após vários sobrevôos pela Terra e um encontro cuidadosamente planejado com Júpiter, a espaçonave entrará em uma órbita de 1,5 anos com um periélio de cerca de 1 UA e uma inclinação de até 75°. Na sua missão alargada, o SPO poderia subir até 80°, oferecendo a visão mais direta dos pólos alguma vez alcançada.

A vida útil de 15 anos da missão (incluindo um período de missão prolongado de 7 anos) permitir-lhe-á cobrir tanto o mínimo como o máximo solar, incluindo o período crucial por volta de 2035, quando ocorrerá o próximo máximo solar e a esperada inversão do campo magnético polar. Durante toda a sua vida, o SPO passará repetidamente por ambos os pólos, com janelas de observação estendidas em altas latitudes que duram mais de 1.000 dias.

A missão da SPO visa avanços nas três questões científicas mencionadas acima. Para cumprir os seus objectivos ambiciosos, o SPO transportará um conjunto de vários instrumentos de detecção remota e in-situ. Juntos, eles fornecerão uma visão abrangente dos pólos do Sol. Os instrumentos de sensoriamento remoto incluem o Imageador Magnético e Heliossísmico (MHI) para medir campos magnéticos e fluxos de plasma na superfície, o Telescópio Ultravioleta Extremo (EUT) e o Telescópio de Imagem de Raios X (XIT) para capturar eventos dinâmicos na atmosfera superior solar, o CORonagraph de luz VISível (VISCOR) e o CORonagraph de ângulo muito grande (VLACOR) para rastrear a coroa solar e o vento solar atingem 45 raios solares (a 1 UA). O pacote in-situ inclui um magnetômetro e detectores de partículas para coletar amostras diretas do vento solar e do campo magnético interplanetário. Ao combinar estas observações, o SPO irá não só capturar imagens dos pólos pela primeira vez, mas também conectá-las aos fluxos de plasma e energia magnética que moldam a heliosfera.

O SPO não funcionará isoladamente. Espera-se que funcione em conjunto com uma frota crescente de missões solares. Estes incluem a missão STEREO, o satélite Hinode, o Solar Dynamics Observatory (SDO), o Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), o Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S), o Solar Orbiter, a missão Aditya-L1, a missão PUNCH, bem como as próximas missões L5 (por exemplo, a missão Vigil da ESA e a missão LAVSO da China). Juntos, estes activos formarão uma rede observacional sem precedentes. A vantagem polar do SPO fornecerá a peça que faltava, permitindo uma cobertura quase global de 4π do Sol pela primeira vez na história da humanidade.

Olhando para o futuro

O Sol é a nossa estrela mais próxima, mas muito sobre ele permanece desconhecido. Espera-se que a próxima missão do Observatório Solar de Órbita Polar (SPO) mude isso, dando aos cientistas uma visão sem precedentes das regiões polares do Sol. Estas áreas, que durante muito tempo estiveram escondidas da vista direta, serão em breve observadas em detalhe, oferecendo uma nova visão sobre as forças que moldam a nossa estrela e sustentam a vida na Terra.

A importância da SPO vai muito além da pura curiosidade científica. Ao melhorar o conhecimento do dínamo solar, a missão poderá levar a previsões mais precisas do ciclo solar e, por sua vez, a previsões meteorológicas espaciais mais fiáveis. Compreender como o rápido vento solar se forma e se comporta também irá refinar os modelos da heliosfera, o que é vital para a engenharia de naves espaciais e para a segurança dos astronautas. Mais significativamente, os avanços no seguimento da actividade solar poderão reforçar a nossa capacidade de salvaguardar tecnologias críticas, incluindo satélites de navegação e comunicação, sistemas de aviação e redes eléctricas na Terra.