Explosões de partículas energéticas que saem do sol e podem interromper as comunicações espaciais podem ser ainda mais variadas e numerosas do que se pensava anteriormente, de acordo com os resultados do sobrevôo mais próximo do sol.

As novas descobertas, que nos ajudam a entender a atividade do sol e, em última análise, podem fornecer um aviso prévio de tempestades solares, vêm de uma das quatro suítes de instrumentos a bordo do Parker Solar Probe da NASA, uma nave espacial que completou suas primeiras passagens perto do orbe de fogo. Os resultados de todas as quatro suítes aparecem hoje em um conjunto de artigos publicados na revista Natureza .

A descoberta de que esses eventos de partículas energéticas são mais variados e numerosos do que se conhecia anteriormente foi uma das várias descobertas feitas pelo conjunto de instrumentos conhecido como a Investigação Científica Integrada do Sol (ISOIS), um projeto liderado pela Universidade de Princeton que envolve várias instituições, bem como a NASA.

"Este estudo é um marco importante com o reconhecimento da humanidade do ambiente próximo ao sol, "disse David McComas, o investigador principal do conjunto de instrumentos ISOIS, professor de ciências astrofísicas de Princeton e vice-presidente do Laboratório de Física de Plasma de Princeton. "Ele fornece as primeiras observações diretas do ambiente de partículas energéticas na região logo acima da atmosfera superior do sol, a corona.

"Ver essas observações tem sido um momento 'eureca contínuo, '", Disse McComas." Sempre que recebemos novos dados da espaçonave, estamos testemunhando algo que ninguém nunca viu antes. Isso é o melhor que pode acontecer! "

ISOIS procura descobrir como as partículas se movem tão rapidamente, e o que os está levando a acelerar. Os cientistas que buscam essas respostas incluem membros da equipe ISOIS do California Institute of Technology (Caltech), Laboratório de Física Aplicada da Universidade John Hopkins (APL), Centro de vôo espacial Goddard da NASA, Laboratório de propulsão a jato da NASA, a Universidade de New Hampshire, Southwest Research Institute, a University of Delaware e a University of Arizona, bem como colaboradores da University of California-Berkeley, Colégio Imperial de Londres, a Universidade de Michigan, Observatório Astrofísico Smithsonian e Centro Nacional de Pesquisa Científica da França.

Partículas altamente energéticas podem interromper as comunicações e os satélites de sistemas de posicionamento global (GPS). Esses fluxos de partículas, feito principalmente de prótons, têm duas fontes. O primeiro vem de fora do nosso sistema solar, gerado quando estrelas em explosão liberam fluxos de partículas conhecidas como raios cósmicos. O outro é o nosso sol. Ambos podem danificar os sistemas elétricos das naves espaciais e são formas de radiação que podem prejudicar a saúde dos astronautas.

Essas partículas energéticas voam muito mais rápido do que o vento solar, que é o fluxo de aproximadamente um milhão de milhas por hora de gás quente eletricamente carregado que se desprende do sol. Se o vento solar fosse um riacho, as partículas energéticas seriam peixes que saltam e saltam à frente do fluxo. As partículas viajam ao longo de caminhos - chamados de tubos de fluxo magnético - que se estendem da corona até o vento solar.

A compreensão dessas partículas pode melhorar as previsões do tempo espacial e dar um aviso prévio das enormes tempestades que podem interromper as comunicações terrestres e as viagens espaciais.

"A resposta às perguntas sobre como as partículas energéticas se formam e se aceleram é extremamente importante, "disse Ralph McNutt, que supervisionou a construção da energia inferior dos dois instrumentos da suíte e é cientista-chefe do Setor de Exploração Espacial da APL. "Essas partículas afetam nossas atividades na Terra e nossa capacidade de levar nossos astronautas ao espaço. Estamos fazendo história com esta missão."

Devido à velocidade deles, as partículas atuam como um sinal de alerta precoce para o clima espacial, disse Jamey Szalay, um pesquisador associado do Departamento de Ciências Astrofísicas de Princeton que lidera os esforços de visualização de dados para ISOIS. "Essas partículas estão se movendo rapidamente, então, se houver uma grande tempestade solar a caminho, essas partículas são os primeiros indicadores. "

A maioria dos estudos anteriores de partículas energéticas solares baseou-se em detectores localizados no espaço aproximadamente à mesma distância do Sol que a Terra - 93 milhões de milhas do sol. No momento em que as partículas chegam a esses detectores, é difícil rastrear de onde eles vieram, porque as partículas de várias fontes interagiram e se misturaram.

"É um pouco como carros saindo de túneis e pontes lotados e se espalhando por rodovias interestaduais, "Disse McComas." Eles ficam mais rápidos à medida que se afastam, mas também se misturam e interagem de maneiras que é impossível dizer quem veio de onde, conforme você se afasta cada vez mais das fontes. "

Em suas primeiras viagens ao redor do sol, a Parker Solar Probe viajou duas vezes mais perto do sol do que qualquer outra espaçonave jamais esteve. No seu mais próximo, a espaçonave tinha 14 milhões de milhas - ou 35 raios solares, que tem 17,5 larguras do sol - da superfície ígnea.

Aproximar-se do sol é essencial para desvendar como essas partículas se formam e ganham altas energias, disse Eric Christian, o investigador principal adjunto da ISOIS e um cientista pesquisador sênior da NASA Goddard. "É como tentar medir o que está acontecendo em uma montanha estudando a base da montanha. Para saber o que está acontecendo, você tem que ir aonde está a ação:você tem que subir na montanha. "

Uma preocupação potencial dos pesquisadores era que o ciclo de atividade do sol de 11 anos está atualmente baixo. Mas o baixo nível de atividade acabou sendo uma vantagem.

“O fato de o sol estar calmo nos permitiu analisar eventos extremamente isolados, "disse Nathan Schwadron, professor de física e astronomia e chefe do centro de operações científicas ISOIS da Universidade de New Hampshire. "Esses são eventos que não foram vistos de longe porque são apenas afetados pela atividade do vento solar."

Durante suas primeiras duas órbitas, ISOIS observou vários fenômenos fascinantes. Um foi uma explosão de atividade de partícula energética que coincidiu com uma ejeção de massa coronal, uma erupção violenta de partículas energizadas e magnetizadas da corona. Antes da ejeção, ISOIS detectou um acúmulo de partículas energéticas relativamente baixas, ao passo que após a ejeção houve um acúmulo de partículas altamente energéticas. Esses eventos foram pequenos e não detectáveis ​​na órbita da Terra.

Outra observação do ISOIS foi a atividade de partículas indicando uma espécie de congestionamento de vento solar, que acontece quando o vento solar diminui de repente, fazendo com que o vento solar veloz se acumule atrás dele e forme uma região comprimida de partículas. Este acúmulo, que os astrofísicos chamam de região de interação co-rotativa, occurred out beyond Earth's orbit and sent high energy particles back toward the sun where they were observed by ISOIS.

Researchers are eager to understand the mechanisms by which the sun accelerates particles to high speeds. ISOIS's detection of each particle's identity—whether it is hydrogen, hélio, carbono, oxigênio, iron or another element—will help researchers further explore this question.

"There are two kinds of acceleration mechanisms, one that occurs in solar flares when magnetic fields reconnect, and another that occurs when you get shocks and compressions of the solar wind, but the details of how they cause particle acceleration are not that well understood, " said Mark Wiedenbeck, a principal scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory, who oversaw the development of the higher energy instrument in the ISOIS suite. "The composition of the particles is a key diagnostic to tell us the acceleration mechanism."

ISOIS made its third brush by the sun on Sept. 1, and will make its next on Jan. 29, 2020. As the mission continues, the satellite will make a total of 24 orbits, each time getting closer to the solar surface, until it is roughly five sun-widths from the star. The researchers hope that future flybys will reveal insights into the source of the energetic particles. Do they start as "seed particles" that go on to attain higher energies?

Jamie Sue Rankin, a postdoctoral researcher at Princeton working in the McComas group, began working on the higher energy ISOIS instrument as a graduate student at Caltech.

"It has been neat to see this whole process develop over the past decade, " Rankin said. "It is like surfing a wave:We built these instruments, made sure they were working, made adjustments to make sure the calibrations were right—and now comes the exciting part, answering the questions that we set out to address.

"With any spacecraft, when you go out into space, you think you know what to expect, but there are always wonderful surprises that complicate our lives in the best way, " she said. "That is what keeps us doing what we do."