p Em qualquer momento, até 10 milhões de jatos selvagens de material solar explodiram da superfície do sol. Eles explodem a uma velocidade de 60 milhas por segundo, e pode atingir comprimentos de 6, 000 milhas antes de entrar em colapso. Estas são espículas, e apesar de sua abundância semelhante a grama, os cientistas não entendem como eles se formam. Agora, pela primeira vez, uma simulação de computador - tão detalhada que levou um ano inteiro para ser executada - mostra como as espículas se formam, ajudando os cientistas a entender como as espículas podem se soltar da superfície do sol e subir tão rapidamente. p Este trabalho baseou-se em observações de alta cadência do Interface Region Imaging Spectrograph da NASA, ou IRIS, e o telescópio solar sueco de 1 metro em La Palma, nas Ilhas Canárias. Juntos, a espaçonave e o telescópio perscrutam as camadas inferiores da atmosfera do Sol, conhecida como região de interface, onde as espículas se formam. Os resultados deste estudo financiado pela NASA foram publicados em Ciência em 22 de junho, 2017 - uma época especial do ano para a missão IRIS, que comemora seu quarto aniversário no espaço em 26 de junho.

p "Modelos numéricos e observações andam de mãos dadas em nossa pesquisa, "disse Bart De Pontieu, um autor do estudo e líder científico do IRIS no Laboratório de Astrofísica e Solar Lockheed Martin, em Palo Alto, Califórnia. "Comparamos observações e modelos para descobrir o desempenho de nossos modelos, e para melhorar os modelos quando vemos grandes discrepâncias. "

p A observação de espículas tem sido um problema espinhoso para os cientistas que querem entender como o material solar e a energia se movem e se afastam do sol. As espículas são transitórias, formando e desmoronando ao longo de apenas cinco a 10 minutos. Essas estruturas tênues também são difíceis de estudar da Terra, onde a atmosfera muitas vezes turva a visão de nossos telescópios.

p Uma equipe de cientistas tem trabalhado neste modelo específico por quase uma década, tentando novamente e novamente criar uma versão que criaria espículas. As versões anteriores do modelo tratavam da região da interface, a atmosfera solar inferior, como um gás quente de partículas eletricamente carregadas - ou mais tecnicamente, um plasma totalmente ionizado. Mas os cientistas sabiam que algo estava faltando porque nunca viram espículas nas simulações.

p A chave, os cientistas perceberam, eram partículas neutras. Eles foram inspirados na própria ionosfera da Terra, uma região da alta atmosfera onde as interações entre partículas neutras e carregadas são responsáveis ​​por muitos processos dinâmicos.

p A equipe de pesquisa sabia que nas regiões mais frias do sol, como a região da interface, nem todas as partículas de gás são eletricamente carregadas. Algumas partículas são neutras, e as partículas neutras não estão sujeitas a campos magnéticos como as partículas carregadas. Os cientistas basearam modelos anteriores em um plasma totalmente ionizado para simplificar o problema. De fato, incluir as partículas neutras necessárias era muito caro do ponto de vista computacional, e o modelo final levou cerca de um ano para funcionar no supercomputador Pleiades localizado no Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício, e que apóia centenas de projetos de ciência e engenharia para missões da NASA.

p O modelo começou com uma compreensão básica de como o plasma se move na atmosfera solar. Convecção constante, ou fervendo, de material em todo o sol gera ilhas de campos magnéticos emaranhados. Quando a fervura os carrega para a superfície e mais para a baixa atmosfera do sol, as linhas do campo magnético voltam rapidamente ao lugar para resolver a tensão, expelindo plasma e energia. Fora desta violência, nasce uma espícula. Mas explicar como esses nós magnéticos complexos se erguem e se rompem foi a parte complicada.

p "Normalmente os campos magnéticos são fortemente acoplados a partículas carregadas, "disse Juan Martínez-Sykora, autor principal do estudo e físico solar da Lockheed Martin e do Bay Area Environmental Research Institute em Sonoma, Califórnia. "Com apenas partículas carregadas no modelo, os campos magnéticos estavam presos, e não poderia subir além da superfície do sol. Quando adicionamos neutros, os campos magnéticos poderiam se mover mais livremente. "

p Partículas neutras fornecem a flutuabilidade de que os nós retorcidos de energia magnética precisam para subir através do plasma fervente do Sol e alcançar a cromosfera. Lá, eles se transformam em espículas, liberando plasma e energia. O atrito entre os íons e as partículas neutras aquece ainda mais o plasma, dentro e ao redor das espículas.

p With the new model, the simulations at last matched observations from IRIS and the Swedish Solar Telescope; spicules occurred naturally and frequently. The 10 years of work that went into developing this numerical model earned scientists Mats Carlsson and Viggo H. Hansteen, both authors of the study from the University of Oslo in Norway, the 2017 Arctowski Medal from the National Academy of Sciences. Martínez-Sykora led the expansion of the model to include the effects of neutral particles.

p The scientists' updated model revealed something else about how energy moves in the solar atmosphere. It turns out this whip-like process also naturally generates Alfvén waves, a strong kind of magnetic wave scientists suspect is key to heating the sun's atmosphere and propelling the solar wind, which constantly bathes our solar system and planet with charged particles from the sun.

p "This model answers a lot of questions we've had for so many years, " De Pontieu said. "We gradually increased the physical complexity of numerical models based on high-resolution observations, and it is really a success story for the approach we've taken with IRIS."

p The simulations indicate spicules could play a big role in energizing the sun's atmosphere, by constantly forcing plasma out and generating so many Alfvén waves across the sun's entire surface.

p "This is a major advance in our understanding of what processes can energize the solar atmosphere, and lays the foundation for investigations with even more detail to determine how big of a role spicules play, " said Adrian Daw, IRIS mission scientist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "A very nice result on the eve of our launch anniversary."