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segunda-feira, 12 de maio de 2014

SOL: Uma viagem para o inferno - Astrofísica


SOL: UMA VIAGEM PARA O INFERNO - Astrofísica


A estrela mais próxima da Terra não é ainda totalmente conhecida. E precisa ser porque da energia que ele emite depende o controle das naves e estações orbitais que voam nesse espaço. Este ano, uma frota de sondas sobe ao céu para tentar diminuir nossa ignorância



Nunca ele foi focalizado por tantos telescópios e detectores. A sonda Ulysses, solta no espaço desde 1990, agora busca o melhor ângulo para fotografar o seu pólo norte. E, este ano, nada menos que oito novos satélites vão subir ao céu. A diferença entre todos esses novos aparelhos e a Ulysses é que eles ficarão em órbita da Terra. A Ulysses gira em torno do centro do Sistema Solar. Mas a missão de todos é uma só: olhar para o Sol.
Ao todo, elas leverão mais de trinta instrumentos espaciais para estudar, principalmente, como a energia solar flui para o nosso planeta. "Estamos aperfeiçoando os nossos sistemas de previsão do tempo no espaço", disse à SUPER o astrofísico Richard Marsden, chefe do projeto Ulysses, no Centro Europeu de Tecnologia e Pesquisa Espacial da ESA (Agência Espacial Européia), na Holanda. Com a curiosa expressão "previsão do tempo no espaço", o cientista se refere à previsão das explosões solares e outras descargas de energia. "Isso é importante para operar com segurança aeronaves, como satélites e estações orbitais, e para conhecermos melhor a influência do Sol sobre a Terra."
O tema mais importante das pesquisas é o vento solar - a "chuva" de partículas que jorra constantemente da estrela e varre o espaço, envolvendo todos os planetas. Várias das novas sondas fazem parte de programas conjuntos das maiores agências espaciais do mundo, como a ESA e a Nasa.
A Ulysses, um dos projetos das agências americana e européia, tem a tarefa de desbravar os pólos solares, nunca observados antes. Ela passou sobre o pólo sul solar em setembro de 1994 e já enviou novidades. Em maio, deve alcançar o pólo norte. 
Aqui você vai ver o que os satélites estão vasculhando no Sol: como ele funciona por dentro, os sinais das atividades nucleares internas, visíveis na sua superfície
, e os fenômenos solares que mais interferem no cotidiano terrestre.
O primeiro satélite que a Nasa colocou em órbita da Terra para estudar o Sol foi o Observatório Solar Orbital, em março de 1962. Foram anos importantes para a astronomia solar. Naquela época descobriu-se que o astro não é um corpo estático, mas pulsa, oscilando em tamanho.
Foi também na década de 60 que se chegou a uma segunda descoberta: parte da energia solar é liberada no espaço como neutrinos - partículas subatômicas sem carga elétrica e provavelmente sem massa, que mexem muito pouco com a matéria comum. Para os neutrinos, mesmo os grande corpos como os planetas, não são obstáculo. Eles atravessam todos numa velocidade bem próxima à da luz.
As duas descobertas abriram para a astronomia novas possibilidades de mergulhar no interior do Sol. Medidos aqui da Terra, o fluxo de neutrinos solares se tornou uma forma de calcular as reações nucleares dessa imensa usina. E acabaram levantando novos mistérios.
As pulsações, por outro lado, são usadas hoje pelos astrofísicos como espelhos que refletem diretamente o que acontece nas camadas internas do Sol. É por meio delas que a sonda Soho (sigla em inglês para Observatório Solar e Heliosférico), da Nasa e da ESA, vai acompanhar, a partir deste ano, a viagem da energia pelo interior da estrela, do núcleo até a superfície.
A Soho vai ser seguida, ainda este ano, pela Cluster. Não é uma única, mas, na verdade, quatro sondas que operam simultaneamente. Elas vão analisar o vento solar, montando um mosaico em três dimensões.
Dentro da imensa usina atômica que é o Sol, a cada segundo, 657 milhões de toneladas de hidrogênio são transformados em 652,7 milhões de toneladas de hélio. Os 4,5 milhões de toneladas que faltam na reação são liberados na forma de pura energia. A produção do Sol é um absurdo: 383 bilhões de bilhões de Megawatts. Sim, é impossível imaginar o que isso significa. Mas dá para fazer uma idéia distante: o Sol libera, num único segundo, o equivalente a 13 milhões de vezes toda a energia elétrica que os Estados Unidos consomem num ano inteiro (2,8 bilhões de kilowatts-hora). 
Não é preciso chegar muito perto para sentir os efeitos dessa superpotência energética - afinal, essa energia viaja por todo o sistema solar e, portanto, não está restrita à superfície do Sol. Assim, muitas sondas fazem uma boa cobertura dos fenômenos solares permanecendo em órbita da própria Terra. Daqui mesmo, a nave japonesa Yohkoh, entre outras, consegue mostrar toda a violência das explosões solares por meio de fotos da atmosfera solar em raio X. 
A Wind, lançada no final de 1994, é outro satélite que não deixa as vizinhanças do planeta. A uma distância máxima de 1,6 milhão de quilômetros da Terra, ela capta as partículas do vento solar antes que elas atinjam o campo magnético terrestre. A segunda etapa da missão será cumprida a partir de dezembro deste ano por outra sonda da Nasa, a Polar, que leva onze instrumentos. Os outros satélites prontos para subir este ano são os americanos Spartan-3, Fast e UV-Star. Também a Argentina vai lançar uma sonda: a SAC-B.
O Sol pode estar muito longe, nas escalas terrestres. Mas 150 milhões de quilômetros não significam nada para a energia. As partículas do vento solar, por exemplo, envolvem todos os planetas, de Mercúrio a Plutão, e vai ainda além. Na Terra, elas criam efeitos como tempestades magnéticas e auroras boreais. 
Também para os modernos sistemas de observação, distância não é documento. Tanto é que a sonda Ulysses, a vedete da temporada solar, passou sobre o pólo da estrela em setembro passado, a 345 milhões de quilômetros - quase 2,5 vezes a distância entre o Sol e a Terra - e já apresentou resultados que entusiasmaram a comunidade científica internacional. 
Algumas medições confirmaram o que os astrofísicos já sabiam por cálculos: nos pólos, as partículas de matéria são expelidas a 2,7 milhões de quilômetros por hora - quase duas vezes a velocidade registrada no equador. Outros dados são mais surpreendentes: ao contrário do que acontece na Terra, onde a força magnética é mais forte nos pólos do que no equador, o campo magnético do Sol não varia.
Isto é o que o astrofísico Richard Marsden, chefe do projeto Ulysses na ESA, chama de "surpresas e sucessos da missão". Ele explica que o projeto vai indo tão bem que, em vez de terminar com a passagem pelo pólo norte, em setembro deste ano, a sonda pode permanecer em órbita até o ano 2001. "Aí então, ela pegará o Sol em grande atividade, com imensas erupções jogando mais energia e matéria para o espaço do que o normal", diz Marsden. "Se compararmos os dois períodos de observação, vamos aprender muito mais."

Ulysses

A sonda da Nasa e da ESA é a primeira a estudar o espaço interplanetário sobre os pólos do Sol - quer dizer, longe da região da órbita dos planetas. Lançada em 1990, ela coletou dados sobre o pólo sul, em setembro de 1994. Em maio de 1995, deve observar o pólo norte. Pequena, com 3,20 metros de comprimento e menos de 370 quilos, está programada para passar quatro meses fazendo observações.

A sonda Ulysses, lançada em 1990, está estudando pela primeira vez os pólos solares. Ela já sobrevoou o pólo sul e, este ano, vai alcançar o pólo norte.

Traduzindo em números
Apesar de ser uma estrela de tamanho médio, o Sol está entre os 5% dos astros mais brilhantes da Via Láctea.

Distância da Terra: 150 milhões de quilômetros
Diâmetro: 1,4 milhão de quilômetros
Massa: 333 000 vezes a da Terra
Densidade média: 1,41 (a da água é 1, a da madeira, 5, e do ferro, 10)
Período de rotação: 25 dias no equador e 34 dias nos pólos
Força de gravidade: 28 vezes maior do que a da Terra
Temperatura interna: 14,25 milhões de graus centígrados
Temperatura da superfície: entre 3 800 e 6 000 graus centígrados
Composição no núcleo: 64% hélio, 35% hidrogênio e
1% outros elementos
Composição nas demais camadas: 75% hidrogênio, 24% hélio e 1% outros elementos

A terra sente a força de longe

Nosso planeta é como é por causa da energia solar. Mas, além da luz, ela nos chega de outras formas

O gigantesco "saiote" magnético
Por trás da emissão de energia do Sol sobre a Terra está seu campo magnético. Esse íma gigantesco "segura" e vai acumulando as partículas do vento solar até que a imensa pressão cria as erupções. Elas caracterizam períodos de grande atividade do Sol. Os astrônomos costumam comparar seu campo magnético com uma "saia de bailarina". A rotação faz o saiote ondular. O campo magnético chega a 1 bilhão de quilômetros de distância do Sol. Ou seja, até perto de Saturno.

As explosões e o clima
Houve épocas em que o Sol ficou bem mais fraco e isso pode ter dado origem às eras glaciais. Hoje se sabe que, a cada 22 anos, imensas erupções liberam quantidades anormais de energia. A última tentativa de explicar como as variações de humor do Sol influem no clima da Terra diz que, nesses períodos, a luz visível varia em apenas 0,1%, mas os raios ultravioleta aumentam muito mais. Assim, aquecem a atmosfera da Terra e aumentam a temperatura global.

Luminosa matéria supersônica
As transmissões de rádio, volta e meia, são perturbadas por tempestades magnéticas cuja origem está no Sol. Elas se devem à influência do vento solar, que é formado por partículas com carga elétrica, como elétrons e prótons. Essas partículas invadem a alta altmosfera terrestre a mais de 1,4 milhão de quilômetros por hora e emitem luz, criando as auroras boreais e austrais, e interferindo nos sistemas de comunicação e de navegação das aeronaves. Somente com elas, o Sol perde um milhão de toneladas de matéria por segundo. 

Mistérios solares

A estrela que melhor conhecemos ainda esconde muitos segredos.

Quanto mais quente, mais complicado
Um dos mistérios está nos gases da chamada coroa. Como eles podem ser muito mais quentes do que a superfície do Sol? De 13 000 graus, a temperatura salta de repente para mais de 500 000 graus, podendo chegar a 1,5 milhão de graus, na parte mais luminosa da coroa. Tudo indica que a força magnética que impulsiona os jatos de gases também os aquece. Pelos cálculos, porém, a força seria insuficiente para aquecer tanto a coroa. A incerteza, portanto, persiste.

Cadê os neutrinos daqui?
De acordo com a quantidade de radiação que escapa do Sol, sua temperatura interna deveria ser de 15 milhões de graus. Mas, medindo a emissão de neutrinos - partículas subatômicas que fogem do núcleo do Sol em menos de três segundos -, a temperatura não passa dos 
14,25 milhões de graus. Mas, se fosse mais frio, o Sol deveria ser menor e brilhar menos. A única explicação é ainda hipótese: apenas parte dos neutrinos seriam captados na Terra. O engano no número de neutrinos emitidos levaria a uma avaliação errada da temperatura.

A impossível pulsação radial
A teoria garante: todos os 10 milhões de tipos de oscilação de tamanho do Sol são caóticos, desordenados. Não há oscilação radial, que atinja a estrela por inteiro, em toda a sua circunferência. Mas o astrofísico Nelson Vani Leister, do Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo, mede o diâmetro solar há mais de vinte anos. E garante: o Sol cresce e encolhe 150 quilômetros a cada 1 000 dias. Astrônomos do Observatório de Côte d´Azur, na França, confirmam a observação do brasileiro. "Estamos fazendo um levantamento histórico das pulsações, para ver a que tipo de fenômeno elas podem estar associadas."  

Pulsando como um tambor

O Sol está sempre oscilando. Os gases em ebulição são como ondas acústicas que abalam a superfície - do mesmo modo que a pele de um tambor é abalada com a pulsação do ar em seu interior. Os astrônomos já registraram mais de 10 milhões de pulsações diferentes. Eles conseguem "ouvi-las" com aparelhos chamados espectrógrafos. Nas imagens criadas em computador, as regiões vermelhas estão "afundando" e as azuis, "subindo".  

Soho

O Observatório Solar e Heliosférico (Soho) é um projeto conjunto entre a Nasa e a ESA. Ele vai levantar vôo em outubro na ponta de um foguete Atlas II-AS e deverá orbitar a Terra a cerca de 1,5 milhão de quilômetros. Seus doze detectores vão mandar dados sobre a coroa, o vento solar, as ondas acústicas do Sol, o movimento dos gases da superfície e as variações de radiação.

Cluster

A sonda da Agência Espacial Européia (ESA) vai estudar principalmente os efeitos do vento solar sobre os pólos terrestres. São quatro naves voando juntas. Elas vão carregar instrumentos idênticos que podem mostrar a estrutura e os movimentos das partículas solares que envolvem o planeta, e montar um mosaico em três dimensões. A Cluster entra em órbita da Terra ainda este ano, levada por um foguete Ariane-5.

Yohkoh

O satélite nipo-anglo-americano entrou em órbita terrestre em 1991. Carrega dois telescópios que captam as ondas de raio X. Esse tipo de radiação é emitida por material aquecido a centenas de milhares de graus. A Yohkoh (palavra japonesa para "raio de sol") tem a grande novidade de bater as "fotos" do Sol a uma velocidade nunca conseguida. Assim, enviadas à Terra, elas se transformam em filmes que mostram detalhes das tremendas tempestades de energia.


Wind

Sua principal missão é analisar o vento solar. Lançado no final de 1994, esse laboratório espacial é projeto conjunto da Nasa e da ESA. Mede 2,40 metros de diâmetro e 1,80 metro de altura. Pesa cerca de 900 quilos. Foi desenhado para permanecer em atividade por três anos, numa órbita entre 29 000 e 1,6 milhão de quilômetros em torno da Terra. A idéia é colher dados sobre o vento solar antes que ele atinja o campo magnético do nosso planeta. 


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