Quando nosso Sol entra em erupção com explosões gigantes - como rajadas de radiação chamadas de erupções solares - sabemos que elas podem afetar o espaço em todo o sistema solar, bem como próximo à Terra. Mas monitorar seus efeitos requer ter observatórios em muitos lugares com muitas perspectivas, da mesma forma que os sensores meteorológicos em toda a Terra podem nos ajudar a monitorar o que está acontecendo com uma tempestade terrestre.

Usando vários observatórios, dois estudos recentes mostram como as explosões solares exibem pulsos ou oscilações na quantidade de energia enviada. Essa pesquisa fornece novos insights sobre as origens dessas enormes erupções solares, bem como o clima espacial que elas produzem, que é uma informação importante à medida que humanos e missões robóticas se aventuram no sistema solar, cada vez mais longe de casa.

O primeiro estudo detectou oscilações durante uma erupção - inesperadamente - em medições da produção total de energia ultravioleta extrema do Sol, um tipo de luz invisível aos olhos humanos. Em 15 de fevereiro, 2011, o Sol emitiu uma explosão solar de classe X, o tipo mais poderoso dessas intensas explosões de radiação. Como os cientistas tinham vários instrumentos para observar o evento, eles foram capazes de rastrear oscilações na radiação do flare, acontecendo simultaneamente em vários conjuntos diferentes de observações.

"Qualquer tipo de oscilação do Sol pode nos dizer muito sobre o ambiente em que as oscilações ocorrem, ou sobre o mecanismo físico responsável por impulsionar as mudanças na emissão, "disse Ryan Milligan, autor principal deste primeiro estudo e físico solar no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e a Universidade de Glasgow na Escócia. Nesse caso, os pulsos regulares de luz ultravioleta extrema indicavam distúrbios - semelhantes a terremotos - ondulando através da cromosfera, a base da atmosfera externa do Sol, durante o flare.

O que surpreendeu Milligan sobre as oscilações foi o fato de que foram observadas pela primeira vez em dados ultravioleta extremos do GOES da NOAA - abreviação de Satélite Ambiental de Operação Geoestacionária, que reside no espaço próximo à Terra. A missão estuda o Sol da perspectiva da Terra, coleta de dados de raios-X e de irradiância ultravioleta extrema - a quantidade total de energia do Sol que atinge a atmosfera da Terra ao longo do tempo.

Este não era um conjunto de dados típico para Milligan. Embora o GOES ajude a monitorar os efeitos das erupções solares no ambiente espacial da Terra - conhecido coletivamente como clima espacial - o satélite não foi inicialmente projetado para detectar detalhes finos como essas oscilações.

Ao estudar erupções solares, Milligan usa mais comumente dados de alta resolução em uma região ativa específica na atmosfera do Sol para estudar os processos físicos subjacentes às chamas. Isso geralmente é necessário para ampliar eventos em uma área específica - caso contrário, eles podem ser facilmente perdidos contra o pano de fundo da constante do Sol, radiação intensa.

"Os próprios sinalizadores são muito localizados, então, para as oscilações serem detectadas acima do ruído de fundo das emissões regulares do Sol e aparecerem nos dados de irradiância foi muito impressionante, "Milligan disse.

Houve relatos anteriores de oscilações nos dados de raios-X GOES provenientes da atmosfera superior do Sol, chamada de corona, durante erupções solares. O que é único neste caso é que os pulsos foram observados em emissão ultravioleta extrema em frequências que mostram que eles se originaram mais abaixo, na cromosfera, fornecendo mais informações sobre como a energia de uma erupção viaja pela atmosfera solar.

Para ter certeza de que as oscilações eram reais, Milligan e seus colegas verificaram os dados correspondentes de outros instrumentos de observação do Sol a bordo do Solar Dynamics Observatory ou SDO da NASA, para resumir:um que também coleta dados de irradiância ultravioleta extrema e outro que imagens a corona em diferentes comprimentos de onda de luz. Eles encontraram exatamente os mesmos pulsos nesses conjuntos de dados, confirmando que eram um fenômeno com sua origem no sol. Suas descobertas são resumidas em um artigo publicado em The Astrophysical Journal Letters em 9 de outubro, 2017

Essas oscilações interessam aos cientistas porque podem ser o resultado de um mecanismo pelo qual as explosões emitem energia para o espaço - um processo que ainda não entendemos totalmente. Adicionalmente, o fato de que as oscilações apareceram em conjuntos de dados normalmente usados ​​para monitorar padrões espaciais maiores sugere que elas podem desempenhar um papel na condução dos efeitos do clima espacial.

No segundo estudo, os cientistas investigaram uma conexão entre erupções solares e atividade na atmosfera da Terra. A equipe descobriu que pulsos na camada eletrificada da atmosfera - chamada de ionosfera - refletiam oscilações de raios-X durante um dia 24 de julho, 2016, Sinalizador de classe C. Os flares de classe C são de média a baixa intensidade, e cerca de 100 vezes mais fraco do que X-flares.

Estendendo-se de cerca de 30 a 600 milhas acima da superfície da Terra, a ionosfera é uma região da atmosfera em constante mudança que reage às mudanças tanto da Terra abaixo quanto do espaço acima. Ele incha em resposta à radiação solar incidente, que ioniza gases atmosféricos, e relaxa à noite à medida que as partículas carregadas se recombinam gradualmente.

Em particular, a equipe de cientistas - liderada por Laura Hayes, uma física solar que divide seu tempo entre NASA Goddard e Trinity College em Dublin, Irlanda, e seu orientador de tese, Peter Gallagher - observaram como a camada mais baixa da ionosfera, chamada de região D, respondeu a pulsações em uma explosão solar.

"Esta é a região da ionosfera que afeta as comunicações de alta frequência e os sinais de navegação, "Hayes disse." Os sinais viajam pela região D, e as mudanças na densidade do elétron afetam se o sinal é absorvido, ou degradado. "

Os cientistas usaram dados de frequência muito baixa, ou VLF, sinais de rádio para sondar os efeitos do flare na região D. Esses eram sinais de comunicação padrão transmitidos do Maine e recebidos na Irlanda. Quanto mais densa a ionosfera, é mais provável que esses sinais atinjam partículas carregadas ao longo do caminho de um transmissor de sinal até seu receptor. Ao monitorar como os sinais de VLF se propagam de uma extremidade à outra, os cientistas podem mapear as mudanças na densidade do elétron.

Agrupando os dados de VLF e observações de raios-X e ultravioleta extremas de GOES e SDO, a equipe descobriu que a densidade de elétrons da região D estava pulsando em conjunto com os pulsos de raios-X no sol. Eles publicaram seus resultados no Journal of Geophysical Research em 17 de outubro, 2017

"Os raios X incidem na ionosfera e porque a quantidade de radiação de raios X que chega está mudando, a quantidade de ionização na ionosfera muda também, "disse Jack Ireland, co-autor de ambos os estudos e físico solar de Goddard. "Já vimos oscilações de raios-X antes, mas a resposta oscilante da ionosfera não foi detectada no passado. "

Hayes e seus colegas usaram um modelo para determinar o quanto a densidade do elétron mudou durante o flare. Em resposta à radiação recebida, eles descobriram que a densidade aumentou até 100 vezes em apenas 20 minutos durante os pulsos - uma observação empolgante para os cientistas que não esperavam que os sinais oscilantes em uma erupção tivessem um efeito notável na ionosfera. Com mais estudos, a equipe espera entender como a ionosfera responde às oscilações de raios-X em diferentes escalas de tempo, e se outras explosões solares induzem essa resposta.

"Este é um resultado empolgante, mostrando que a atmosfera da Terra está mais intimamente ligada à variabilidade dos raios-X solares do que se pensava anteriormente, "Hayes disse." Agora planejamos explorar mais esta relação dinâmica entre o Sol e a atmosfera da Terra. "

Ambos os estudos tiraram vantagem do fato de que somos cada vez mais capazes de rastrear a atividade solar e o clima espacial de vários pontos de vista. Compreender o clima espacial que nos afeta na Terra requer a compreensão de um sistema dinâmico que se estende do Sol até a nossa atmosfera superior - um sistema que só pode ser compreendido por meio de uma ampla gama de missões espalhadas por todo o espaço.