Uma equipe de cientistas tem, pela primeira vez, usou um único, modelo de computador coeso para simular todo o ciclo de vida de uma explosão solar:a partir do acúmulo de energia milhares de quilômetros abaixo da superfície solar, ao surgimento de linhas de campo magnético emaranhadas, para a liberação explosiva de energia em um flash brilhante.

A conquista, detalhado no jornal Astronomia da Natureza , prepara o terreno para futuros modelos solares para simular de forma realista o próprio clima do Sol à medida que ele se desdobra em tempo real, incluindo o aparecimento de manchas solares turbulentas, que às vezes produzem erupções e ejeções de massa coronal. Essas erupções podem ter impactos generalizados na Terra, de interromper as redes de energia e comunicações, para danificar satélites e colocar os astronautas em perigo.

Cientistas do National Center for Atmospheric Research (NCAR) e do Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory conduziram a pesquisa. A nova simulação abrangente captura a formação de uma explosão solar de uma forma mais realista do que os esforços anteriores, e inclui o espectro de emissões de luz conhecidas por estarem associadas a chamas.

"Este trabalho nos permite fornecer uma explicação de por que os foguetes se parecem com o que são, não apenas em um único comprimento de onda, mas em comprimentos de onda visíveis, em comprimentos de onda ultravioleta e ultravioleta extremo, e em raios-X, "disse Mark Cheung, um físico da equipe do Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory e um pesquisador visitante da Universidade de Stanford. "Estamos explicando as muitas cores das explosões solares."

A pesquisa foi financiada em grande parte pela NASA e pela National Science Foundation, que é o patrocinador do NCAR.

Construindo uma ponte sobre a balança

Para o novo estudo, os cientistas tiveram que construir um modelo solar que pudesse se estender por várias regiões do Sol, capturando o comportamento físico complexo e único de cada um.

O modelo resultante começa na parte superior da zona de convecção - cerca de 10, 000 quilômetros abaixo da superfície do Sol - sobe através da superfície solar, e expulsa 40, 000 quilômetros na atmosfera solar, conhecido como corona. As diferenças na densidade do gás, pressão, e outras características do Sol representadas no modelo são vastas.

Para simular com sucesso uma explosão solar desde a emergência até a liberação de energia, os cientistas precisavam adicionar equações detalhadas ao modelo que permitissem que cada região contribuísse para a evolução da explosão solar de forma realista. Mas eles também tinham que ter cuidado para não tornar o modelo tão complicado a ponto de não ser mais prático executá-lo com os recursos de supercomputação disponíveis.

“Temos um modelo que cobre uma grande variedade de condições físicas, o que o torna muito desafiador, "disse o cientista Matthias Rempel do NCAR." Este tipo de realismo requer soluções inovadoras. "

Para enfrentar os desafios, Rempel emprestou uma técnica matemática usada historicamente por pesquisadores que estudam as magnetosferas da Terra e de outros planetas. A tecnica, o que permitiu aos cientistas compactar a diferença nas escalas de tempo entre as camadas sem perder a precisão, permitiu que a equipe de pesquisa criasse um modelo realista e computacionalmente eficiente.

A próxima etapa foi configurar um cenário no Sol simulado. Em pesquisas anteriores usando modelos menos complexos, os cientistas precisaram iniciar os modelos quase no momento em que o flare iria explodir para poder fazer um flare se formar.

No novo estudo, a equipe queria ver se seu modelo poderia gerar um flare por conta própria. Eles começaram criando um cenário com condições inspiradas por uma mancha solar particularmente ativa observada em março de 2014. A mancha solar real gerou dezenas de chamas durante o tempo em que era visível, incluindo um muito poderoso X-class e três moderadamente poderosos M-class flares. Os cientistas não tentaram imitar a mancha solar de 2014 com precisão; em vez disso, eles se aproximaram dos mesmos ingredientes solares que estavam presentes na época - e que eram tão eficazes na produção de chamas.

Então eles deixaram o modelo ir, observando para ver se geraria uma erupção por conta própria.

“Nosso modelo foi capaz de capturar todo o processo, desde o acúmulo de energia até a emergência na superfície e subindo para a corona, energizando a corona, e então chegar ao ponto em que a energia é liberada em uma explosão solar, "Disse Rempel.

Agora que o modelo mostrou que é capaz de simular de forma realista todo o ciclo de vida de um queimador, os cientistas vão testá-lo com observações do mundo real do Sol e ver se ele pode simular com sucesso o que realmente ocorre na superfície solar.

"Esta foi uma simulação independente inspirada em dados observados, "Disse Rempel." A próxima etapa é inserir diretamente os dados observados no modelo e deixá-lo conduzir o que está acontecendo. É uma forma importante de validar o modelo, e o modelo também pode nos ajudar a entender melhor o que estamos observando no Sol. "