O sol está agindo estranho. Pode ser porque os cientistas olharam tudo errado

Algo estranho está acontecendo com o Sol.

Até agora, quase todos os dias em 2022, explodiu em erupções e ejeções de massa coronal, algumas das quais foram as erupções mais poderosas de que nossa estrela é capaz.

Por si só, um Sol em erupção não é estranho. Ele entra em erupção regularmente à medida que passa por períodos de alta e baixa atividade, em ciclos que duram cerca de 11 anos.

A atividade atual é significativamente maior do que as previsões oficiais da NASA e da NOAA para o ciclo solar atual, e a atividade solar excedeu consistentemente as previsões desde setembro de 2020. Mas um cientista solar lhe dirá que nem isso é tão estranho.

“Não podemos prever com segurança os ciclos solares”, disse o astrofísico solar Michael Wheatland, da Universidade de Sydney, Austrália.

“Nós não entendemos completamente o dínamo solar, que gera os campos magnéticos vistos na superfície como manchas solares e que produzem erupções. Este é um dos problemas pendentes na astrofísica; a imprecisão na previsão não é surpreendente.”

Sem surpresa, com certeza. Mas e se essa falta de surpresa – que esperamos ser ruins em prever os ciclos solares – significar que precisamos repensar completamente como fazemos isso? E se basearmos nossas previsões na métrica errada?

Os ciclos solares têm um enorme impacto no Sistema Solar, mas são relativamente mal compreendidos. Os cientistas verificaram que eles parecem inextricavelmente ligados ao campo magnético solar, que forma arcos na superfície do nosso Sol em torções, redemoinhos e voltas.

Aproximadamente a cada 11 anos, os pólos magnéticos do Sol se invertem, o norte se tornando sul e vice-versa. Essa mudança coincide com o que é conhecido como máximo solar, caracterizado por um pico de atividade de manchas solares, flare e ejeção de massa coronal (CME).

Após essa reversão, a atividade diminui, antes de subir novamente em direção a um pico. É aqui que estamos agora – a fase de escalada do ciclo atual, a 25ª desde que começamos a contar.

Os ciclos de atividade são caracterizados e previstos com base em uma métrica: o número de manchas solares vistas no Sol. Estas são regiões temporárias onde os campos magnéticos são particularmente fortes, facilitando a erupção de erupções e CMEs. Eles aparecem como manchas escuras porque o campo magnético inibe o fluxo de plasma quente e as regiões são subsequentemente mais frias e mais escuras do que seus arredores.

De acordo com o físico solar Scott McIntosh, do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica dos EUA, prever os ciclos solares com base em quantas manchas solares contamos é um problema.

“O ciclo de manchas solares não é a coisa primária. É uma coisa secundária”, disse ele. “E a maneira como o cânone é escrito, a maneira como os livros didáticos são escritos, a maneira como a atividade solar é apresentada, é retratada como primária.

“O problema é que realmente não é, e o ciclo Hale subjacente, o ciclo magnético de 22 anos, é o principal. E o ciclo das manchas solares é apenas um pequeno subconjunto desse quadro maior.”

O ciclo Hale foi descoberto no início do século 20 pelo astrônomo norte-americano George Ellery Hale. Consiste em dois ciclos de manchas solares de 11 anos – o tempo que leva para os pólos trocarem duas vezes, retornando assim às suas posições originais.

Os ciclos de Hale, em contraste com os ciclos de 11 anos, são observados em vários fenômenos. Estas são as mudanças nas polaridades magnéticas das manchas solares e dos pólos magnéticos solares, bem como a intensidade dos raios cósmicos galácticos na Terra.

A atividade solar torna mais difícil para os raios cósmicos chegarem à Terra, mas os ciclos solares ímpares e pares têm diferentes formas de onda de radiação cósmica. Isso foi atribuído à polaridade do campo magnético solar.

É importante entender que não temos uma boa ideia sobre o que acontece dentro do Sol. Acredita-se que o campo magnético solar seja gerado por um dínamo dentro da estrela, um fluido giratório, convectivo e eletricamente condutor que converte energia cinética em energia magnética, girando um campo magnético para o espaço ao redor do Sol.

Se sim, o que causa manchas solares? Bem, de acordo com os modelos atuais, eles estão relacionados à rotação do Sol. O equador solar gira mais rápido que os pólos. Se linhas retas de campo magnético que correm longitudinalmente fossem arrastadas junto com essa rotação, elas se tornariam esticadas e eventualmente emaranhadas, gerando regiões temporárias e localizadas de campos magnéticos fortes, ou manchas solares.

Isso, de acordo com McIntosh, é baseado no campo magnético sendo passivo.

“Você tem um sistema muito complexo dentro do Sol. Como todos os sistemas físicos, fazemos simplificações ou aproximações para tentar entender o que está acontecendo”, explicou.

“Há cerca de 60 anos, eles fizeram uma aproximação com os campos magnéticos – que eram pequenos em comparação com os fluidos do Sol. Portanto, quando o Sol está circulando, como o nosso planeta, a rotação impulsiona a circulação, o aquecimento da atmosfera impulsiona a circulação, e com toda essa circulação acontecendo, os campos magnéticos são arrastados com a circulação.”

As animações que mostram esse efeito se alinham muito bem com os dados observacionais das manchas solares, com os campos magnéticos iniciais aparecendo a cerca de 30 graus de latitude. Mas, segundo McIntosh e seus colegas, isso ocorre porque o modelo foi criado para explicar exatamente isso e apenas isso.

E há uma explicação alternativa: as manchas solares são um padrão de interferência, gerado pelos campos magnéticos dos ciclos de Hale sobrepostos.

McIntosh e seus colegas notaram pela primeira vez um padrão emergente nos dados de manchas solares em 2011, uma sobreposição nos chamados diagramas de borboleta. Estes são gráficos que traçam as aparências das manchas solares por latitude ao longo do tempo.

Animação mostrando como ondas de polarização oposta, manifestando-se como manchas solares, terminam no equador quando uma nova onda aparece. (Scott McIntosh/NCAR)

Uma vez que descobriram isso, os pesquisadores procuraram e analisaram o máximo de dados históricos de manchas solares que conseguiram, desde a década de 1860.

Eles descobriram que essa sobreposição continuou a aparecer. No final de um ciclo de manchas solares, à medida que as manchas solares aparecem cada vez mais próximas do equador, o aparecimento das manchas solares do próximo ciclo pode ser observado nas latitudes médias.

Estes são indicativos, os pesquisadores descobriram, de bandas polarizadas opostas de atividade magnética fazendo seu caminho através do Sol em ciclos; elas seriam responsáveis ​​pelo ciclo das manchas solares, mas não seriam movidas por ele. Além disso, os ciclos podem interagir; quando dois ciclos de polaridade oposta se sobrepõem, eles interferem um no outro.

O resultado disso é que os sistemas magnéticos inibem mutuamente a produção de manchas solares, e segue-se um período de atividade mínima de manchas solares.

“O ciclo das manchas solares é resultado da interação entre esses ciclos magnéticos maiores”, disse McIntosh. “Em outras palavras, é como um padrão de interferência. Os campos magnéticos querem se cancelar o tempo todo.”

Com base nas descobertas do ‘padrão de interferência’, McIntosh e sua equipe chegaram a previsões do ciclo solar atual que estão mais alinhadas com as observações atuais do que as previsões oficiais – aquelas baseadas na contagem de manchas solares.

No entanto, é tudo teórico nesta fase.

Ainda não sabemos, por exemplo, o que impulsiona as bandas de atividade magnética ao longo do Sol; os pesquisadores acham que podem ser ondas de gravidade, mas não têm informações suficientes para poder dizer neste momento.

Para saber mais, eles vão precisar de mais dados, o que levará tempo para adquirir. De acordo com McIntosh, isso significa dar uma olhada nas altas latitudes do Sol, perto dos pólos, à medida que um novo ciclo se forma.

Normalmente não vemos os pólos solares, por causa da posição da Terra orbitando o equador solar; mas o Solar Orbiter da Agência Espacial Européia estará sobrevoando bem na hora em que um novo ciclo começar.

McIntosh acredita que há algo no fato de a previsão de sua equipe estar mais próxima de como o ciclo solar 25 está se desenrolando. No mínimo, as ideias da equipe merecem um olhar mais atento e uma investigação séria.