Percorrendo o espaço quase à velocidade da luz, Partículas Energéticas Solares, ou SEPs, são um dos principais desafios para o futuro do voo espacial humano. As nuvens desses minúsculos projéteis solares podem chegar à Terra - uma jornada de 93 milhões de milhas - em menos de uma hora. Eles podem fritar componentes eletrônicos sensíveis de naves espaciais e representar sérios riscos aos astronautas humanos. Mas seu início é extraordinariamente difícil de prever, em parte porque ainda não sabemos exatamente de onde eles vêm no Sol.

Um novo estudo rastreando três explosões SEP de volta ao Sol forneceu a primeira resposta.

"Pela primeira vez, conseguimos identificar as fontes específicas dessas partículas energéticas, "disse Stephanie Yardley, físico espacial da University College London e co-autor do artigo. "Compreender as regiões de origem e os processos físicos que produzem SEPs pode levar a uma melhor previsão desses eventos." Os autores do estudo David Brooks, físico espacial da George Mason University em Washington, D.C., e Yardley publicou suas descobertas em Avanços da Ciência em 3 de março, 2021.

SEPs podem disparar do Sol em qualquer direção; pegar um na vastidão do espaço não é pouca coisa. Observatório do Sistema de Heliofísica da NASA - uma frota crescente de espaçonaves que estudam o Sol, colocado estrategicamente em todo o sistema solar - foi projetado em parte para aumentar as chances de encontros felizes.

Os cientistas dividiram os eventos SEP em dois tipos principais:impulsivos e graduais. Eventos SEP impulsivos geralmente acontecem após erupções solares, os flashes brilhantes no Sol produzidos por erupções magnéticas abruptas.

"Há um pico realmente afiado, e então uma queda exponencial com o tempo, "disse Lynn Wilson, cientista do projeto para a espaçonave Wind no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

SEPs graduais duram mais, às vezes por dias. Eles vêm em grandes enxames, tornando as explosões um risco maior para astronautas e satélites. SEPs graduais são empurrados por trás por ejeções de massa coronal, ou CMEs - grandes plumas de material solar que ondulam pelo espaço como uma onda. Os SEPs agem como surfistas, pego por aquela onda e impulsionado a velocidades incríveis.

O maior mistério sobre SEPs graduais não é o que os acelera, mas de onde eles vêm em primeiro lugar. Por razões ainda não totalmente compreendidas, SEPs contêm uma mistura diferente de partículas do que o outro material solar fluindo do Sol no vento solar - menos carbono, enxofre, e íons de fósforo, por exemplo. Alguns cientistas suspeitam que eles são feitos de um tecido totalmente diferente, formando-se em uma característica ou camada diferente do Sol do que o resto do vento solar.

Para descobrir de onde vêm os SEPs, Brooks e Yardley rastrearam eventos SEP graduais de janeiro de 2014 até sua origem no sol.

Eles começaram com a espaçonave Wind da NASA, que orbita no ponto L1 Lagrange cerca de 1 milhão de milhas mais perto do Sol do que nós. Um dos oito instrumentos do Vento são as Partículas Energéticas:Aceleração, Composição, e transporte, ou instrumento EPACT, especializada na detecção de SEPs. EPACT capturou três fortes explosões SEP em 4 de janeiro, 6º e 8º.

Os dados da Wind mostraram que esses eventos SEP de fato tinham uma "impressão digital" específica - uma mistura diferente de partículas do que é tipicamente encontrada no vento solar.

"Muitas vezes, há menos enxofre nos SEPs em comparação com o vento solar, às vezes muito menos ", disse Brooks, autor principal do artigo. "Esta é uma impressão digital exclusiva dos SEPs que nos permite procurar lugares na atmosfera do Sol onde o enxofre também esteja ausente."

Eles se voltaram para a espaçonave Hinode de observação do Sol da JAXA / NASA, um observatório no qual Brooks desempenha um papel operacional crítico para a NASA do Japão. Hinode estava assistindo Active Region 11944, uma área brilhante de forte campo magnético com uma grande mancha solar escura visível da Terra. O AR 11944 produziu vários flares grandes e CMEs no início de janeiro que liberaram e aceleraram os SEPs que o Vento observou.

Espectrômetro de imagem ultravioleta extrema da Hinode, ou instrumento EIS, escaneou a região ativa, quebrar a luz em linhas espectrais usadas para identificar elementos específicos. Eles procuraram lugares na região ativa com uma impressão digital correspondente, onde a mistura específica de elementos concordou com o que eles viram nos dados da Wind.

"Este tipo de pesquisa é exatamente o que a Hinode foi projetada para buscar, "disse Sabrina Savage, o cientista do projeto dos EUA para a Hinode. "A ciência de sistemas complexos não pode ser feita em uma bolha com apenas uma missão."

Os dados de Hinode revelaram a origem dos eventos SEP - mas não era o que Brooks ou Yardley esperavam.

Como uma regra, o vento solar pode escapar mais facilmente encontrando linhas de campo magnético abertas - linhas de campo ancoradas ao Sol em uma extremidade, mas fluindo para o espaço na outra.

"Eu realmente pensei que iríamos encontrá-lo nas bordas da região ativa, onde o campo magnético já está aberto e o material pode escapar diretamente, "Brooks disse." Mas a impressão digital combinou apenas em regiões onde o campo magnético ainda está fechado. "

Os SEPs de alguma forma se libertaram de fortes laços magnéticos conectados ao Sol em ambas as extremidades. Esses loops prendem o material próximo ao topo da cromosfera, uma camada abaixo onde erupções solares e ejeções de massa coronal irrompem.

"As pessoas já estão pensando em maneiras de sair do campo fechado - especialmente no contexto do vento solar, "Disse Brooks." Mas acho que o fato do material ter sido encontrado no centro da região, onde os campos magnéticos são muito fortes, torna mais difícil o funcionamento desses processos. "

O resultado surpreendente levanta novas questões sobre como os SEPs escapam do Sol, questões maduras para trabalhos futuros. Ainda, identificar a origem de um evento é um grande passo à frente.

"Normalmente, você tem que inferir esse tipo de coisa, você diria, 'olha, vimos um SEP e uma explosão solar, e o SEP provavelmente veio da explosão solar, '"disse Wilson, que não estava envolvido no estudo. "Mas esta é uma evidência direta que liga esses dois fenômenos."

Brooks e Yardley também demonstram uma maneira de usar o crescente Observatório do Sistema Heliofísico da NASA, combinar observações de várias naves espaciais para fazer ciência que antes não era possível.

"É uma maneira de pensar sobre todas as espaçonaves que estão em vôo que você pode usar para fazer um único estudo, Wilson disse. "É como ter um monte de estações meteorológicas - você começa a ter uma imagem muito melhor do que o tempo está fazendo em uma escala maior, e você pode começar ativamente a tentar predizê-lo. "

"Esses autores fizeram um trabalho notável combinando os conjuntos de dados certos e aplicando-os às perguntas certas, "Savage disse." A busca pelas origens de partículas energéticas potencialmente prejudiciais foi criticamente reduzida graças a esse esforço. "