Todos os dias, o sol ejeta grandes quantidades de uma sopa de partículas quentes conhecida como plasma em direção à Terra, onde pode interromper os satélites de telecomunicações e danificar as redes elétricas. Agora, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e do Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton fizeram uma descoberta que pode levar a melhores previsões deste clima espacial e ajudar a proteger a infraestrutura sensível.

A descoberta vem de um novo modelo de computador que prevê o comportamento do plasma na região acima da superfície do sol conhecida como coroa solar. O modelo foi originalmente inspirado por um modelo semelhante que descreve o comportamento do plasma que alimenta as reações de fusão em instalações de fusão em formato de donut conhecidas como tokamaks.

Fusão, o poder que impulsiona o sol e as estrelas, combina elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - que gera grandes quantidades de energia. Os cientistas estão tentando replicar a fusão na Terra para um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.

Os cientistas de Princeton fizeram suas descobertas enquanto estudavam campos magnéticos unidos por laços que entram e saem do sol. Sob certas condições, os loops podem causar a erupção de partículas quentes da superfície do sol em enormes arrotos conhecidos como ejeções de massa coronal. Essas partículas podem eventualmente atingir o campo magnético ao redor da Terra e causar auroras, bem como interferir nos sistemas elétricos e de comunicação.

"Precisamos entender as causas dessas erupções para prever o clima espacial, "disse Andrew Alt, um estudante de pós-graduação no Programa de Princeton em Física do Plasma no PPPL e autor principal do artigo relatando os resultados no Astrophysical Journal .

O modelo se baseia em um novo método matemático que incorpora um novo insight que Alt e seus colaboradores descobriram sobre o que causa a instabilidade. Os cientistas descobriram que um tipo de sacudidela conhecido como "instabilidade do toro" pode fazer com que campos magnéticos amarrados se soltem da superfície do sol, desencadeando uma inundação de plasma.

A instabilidade do toro afrouxa algumas das forças que mantêm as cordas amarradas. Uma vez que essas forças enfraquecem, outra força faz com que as cordas se expandam e se levantem ainda mais da superfície solar. "A capacidade do nosso modelo de prever com precisão o comportamento das cordas magnéticas indica que nosso método poderia, em última análise, ser usado para melhorar a previsão do clima espacial, "Alt disse.

Os cientistas também desenvolveram uma maneira de traduzir com mais precisão os resultados de laboratório para as condições do sol. Modelos anteriores basearam-se em suposições que tornavam os cálculos mais fáceis, mas nem sempre simulavam o plasma com precisão. A nova técnica depende apenas de dados brutos. "As suposições construídas em modelos anteriores removem efeitos físicos importantes que queremos considerar, "Alt disse." Sem essas suposições, podemos fazer previsões mais precisas. "

Para conduzir suas pesquisas, os cientistas criaram cordas de fluxo magnético dentro do experimento de reconexão magnética do PPPL (MRX), uma máquina em forma de barril projetada para estudar a união e a quebra explosiva das linhas do campo magnético no plasma. Mas as cordas de fluxo criadas no laboratório se comportam de maneira diferente das cordas no sol, Desde a, por exemplo, as cordas de fluxo no laboratório devem ser contidas por um recipiente de metal.

Os pesquisadores fizeram alterações em suas ferramentas matemáticas para dar conta dessas diferenças, garantindo que os resultados do MRX possam ser traduzidos para o sol. "Existem condições no sol que não podemos imitar em laboratório, "disse o físico do PPPL Hantao Ji, um professor da Universidade de Princeton que orienta Alt e contribuiu com a pesquisa. "Então, ajustamos nossas equações para dar conta da ausência ou presença de certas propriedades físicas. Precisamos ter certeza de que nossa pesquisa compara maçãs com maçãs para que nossos resultados sejam precisos. "

A descoberta do comportamento do plasma oscilante também pode levar a uma geração mais eficiente de eletricidade alimentada por fusão. A reconexão magnética e o comportamento do plasma relacionado ocorrem nos tokamaks, bem como no sol, portanto, qualquer percepção desses processos pode ajudar os cientistas a controlá-los no futuro.

O apoio para esta pesquisa veio do DOE, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço, e a Fundação Alemã de Pesquisa. Parceiros de pesquisa incluem Princeton University, Sandia National Laboratories, a Universidade de Potsdam, o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, e a Academia de Ciências da Bulgária.

PPPL, no campus Forrestal da Universidade de Princeton, em Plainsboro, N.J., dedica-se a criar novos conhecimentos sobre a física dos plasmas - ultra-quente, gases carregados - e para desenvolver soluções práticas para a criação de energia de fusão. O Laboratório é administrado pelo Office of Science da Universidade do Departamento de Energia dos EUA, que é o maior apoiador da pesquisa básica em ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes de nosso tempo. Para maiores informações, visite energy.gov/science