Em agosto de 2018, Parker Solar Probe da NASA lançado ao espaço, logo se tornando a espaçonave mais próxima do sol. Com instrumentos científicos de ponta para medir o ambiente ao redor da espaçonave, A Parker Solar Probe completou três das 24 passagens planejadas por partes nunca antes exploradas da atmosfera do Sol, a corona. Em 4 de dezembro, 2019, quatro novos artigos na revista Natureza descrever o que os cientistas aprenderam com esta exploração sem precedentes de nossa estrela - e o que eles esperam aprender a seguir.

Essas descobertas revelam novas informações sobre o comportamento do material e das partículas que se afastam do Sol, aproximando os cientistas de responder a questões fundamentais sobre a física de nossa estrela. Na busca para proteger os astronautas e a tecnologia no espaço, as informações que Parker descobriu sobre como o Sol ejeta constantemente material e energia ajudarão os cientistas a reescrever os modelos que usamos para entender e prever o clima espacial ao redor de nosso planeta e entender o processo pelo qual as estrelas são criadas e evoluem.

"Os primeiros dados de Parker revelam nossa estrela, o sol, de maneiras novas e surpreendentes, "disse Thomas Zurbuchen, administrador associado de ciências na sede da NASA em Washington. "Observar o Sol de perto, em vez de de uma distância muito maior, está nos dando uma visão sem precedentes dos fenômenos solares importantes e como eles nos afetam na Terra, e nos dá novos insights relevantes para a compreensão de estrelas ativas entre galáxias. É apenas o começo de uma época incrivelmente emocionante para a heliofísica, com Parker na vanguarda de novas descobertas. "

Embora possa parecer plácido para nós aqui na Terra, o Sol está tudo menos quieto. Nossa estrela é magneticamente ativa, liberando rajadas poderosas de luz, dilúvios de partículas movendo-se perto da velocidade da luz e nuvens de bilhões de toneladas de material magnetizado. Toda essa atividade afeta nosso planeta, injetar partículas prejudiciais no espaço onde nossos satélites e astronautas voam, perturbando as comunicações e os sinais de navegação, e até mesmo - quando intenso - provocando quedas de energia. Tem acontecido durante toda a vida de 5 bilhões de anos do Sol, e continuará a moldar os destinos da Terra e dos outros planetas em nosso sistema solar no futuro.

"O Sol fascinou a humanidade por toda a nossa existência, "disse Nour E. Raouafi, cientista do projeto da Parker Solar Probe no Johns Hopkins Applied Physics Laboratory em Laurel, Maryland, que construiu e gerencia a missão da NASA. "Aprendemos muito sobre nossa estrela nas últimas décadas, mas realmente precisávamos de uma missão como a Parker Solar Probe para entrar na atmosfera solar. Só aí podemos realmente aprender os detalhes desses complexos processos solares. E o que aprendemos apenas nessas três órbitas solares mudou muito do que sabemos sobre o Sol. "

O que acontece no Sol é fundamental para entender como ele molda o espaço ao nosso redor. A maior parte do material que escapa do Sol faz parte do vento solar, um fluxo contínuo de material solar que banha todo o sistema solar. Este gás ionizado, chamado plasma, carrega consigo o campo magnético do Sol, estendendo-se através do sistema solar em uma bolha gigante que se estende por mais de 10 bilhões de milhas.

O vento solar dinâmico

Observado perto da Terra, o vento solar é um fluxo relativamente uniforme de plasma, com ocasionais quedas turbulentas. Mas nesse ponto ele já viajou mais de noventa milhões de milhas - e as assinaturas dos mecanismos exatos do Sol para aquecer e acelerar o vento solar foram eliminadas. Mais perto da fonte do vento solar, A Parker Solar Probe viu uma imagem muito diferente:uma complicada, sistema ativo.

"A complexidade era alucinante quando começamos a analisar os dados, "disse Stuart Bale, a Universidade da Califórnia, Berkeley, líder para o conjunto de instrumentos FIELDS da Parker Solar Probe, que estuda a escala e a forma dos campos elétricos e magnéticos. "Agora, Eu me acostumei. Mas quando mostro aos colegas pela primeira vez, eles simplesmente explodiram. "Do ponto de vista de Parker a 15 milhões de milhas do Sol, Bale explicou, o vento solar é muito mais impulsivo e instável do que o que vemos perto da Terra.

Como o próprio Sol, o vento solar é feito de plasma, onde elétrons carregados negativamente se separaram de íons carregados positivamente, criando um mar de partículas flutuantes com carga elétrica individual. Essas partículas flutuantes significam que o plasma carrega campos elétricos e magnéticos, e as mudanças no plasma costumam deixar marcas nesses campos. Os instrumentos FIELDS pesquisaram o estado do vento solar medindo e analisando cuidadosamente como os campos elétricos e magnéticos ao redor da espaçonave mudavam ao longo do tempo, junto com a medição de ondas no plasma próximo.

Essas medições mostraram reversões rápidas no campo magnético e repentinas, jatos de material que se movem mais rápido - todas as características que tornam o vento solar mais turbulento. Esses detalhes são essenciais para entender como o vento dispersa a energia à medida que ela flui para longe do Sol e por todo o sistema solar.

Um tipo de evento em particular chamou a atenção das equipes científicas:mudanças na direção do campo magnético, que flui do Sol, embutido no vento solar. Essas reversões - chamadas de "ziguezagues" - duram de alguns segundos a vários minutos enquanto fluem sobre a Parker Solar Probe. Durante um retorno, o campo magnético chicoteia sobre si mesmo até que é apontado quase diretamente para o sol. Juntos, FIELDS e SWEAP, o conjunto de instrumentos de vento solar liderado pela Universidade de Michigan e gerenciado pelo Observatório Astrofísico Smithsonian, mediu grupos de ziguezagues durante os dois primeiros voos da Parker Solar Probe.

"Ondas foram vistas no vento solar desde o início da era espacial, e presumimos que mais perto do Sol as ondas ficariam mais fortes, mas não esperávamos vê-los se organizando nesses picos de velocidade estruturados e coerentes, "disse Justin Kasper, investigador principal de SWEAP - abreviação de Solar Wind Electrons Alphas and Protons - na Universidade de Michigan em Ann Arbor. "Estamos detectando restos de estruturas do Sol sendo lançadas ao espaço e mudando violentamente a organização dos fluxos e do campo magnético. Isso mudará dramaticamente nossas teorias sobre como a coroa e o vento solar estão sendo aquecidos."

A origem exata dos ziguezagues ainda não é compreendida, mas as medições da Parker Solar Probe permitiram aos cientistas reduzir as possibilidades.

Entre as muitas partículas que fluem perpetuamente do Sol estão um feixe constante de elétrons que se movem rapidamente, que viajam ao longo das linhas do campo magnético do Sol para o sistema solar. Esses elétrons sempre fluem estritamente ao longo da forma das linhas de campo que se deslocam do Sol, independentemente de o pólo norte do campo magnético nessa região em particular estar apontando para ou longe do sol. Mas Parker Solar Probe mediu este fluxo de elétrons indo na direção oposta, voltando para o Sol - mostrando que o próprio campo magnético deve estar se curvando de volta para o Sol, em vez de Parker Solar Probe apenas encontrar uma linha de campo magnético diferente do Sol que aponta na direção oposta. Isso sugere que os ziguezagues são torções no campo magnético - distúrbios localizados viajando para longe do Sol, em vez de uma mudança no campo magnético conforme ele emerge do sol.

As observações da Parker Solar Probe sobre os ziguezagues sugerem que esses eventos se tornarão ainda mais comuns à medida que a espaçonave se aproxima do sol. O próximo encontro solar da missão em 29 de janeiro, 2020, levará a espaçonave mais perto do Sol do que nunca, e pode lançar uma nova luz sobre este processo. Essas informações não apenas ajudam a mudar nossa compreensão do que causa o vento solar e o clima espacial ao nosso redor, também nos ajuda a entender um processo fundamental de como as estrelas funcionam e como liberam energia em seu ambiente.

O vento solar rotativo

Algumas das medições da Parker Solar Probe estão aproximando os cientistas de respostas a perguntas de décadas atrás. Uma dessas questões é sobre como, exatamente, o vento solar flui do sol.

Perto da Terra, vemos o vento solar fluindo quase radialmente, o que significa que está fluindo diretamente do Sol, direto em todas as direções. Mas o Sol gira à medida que libera o vento solar; antes que se liberte, o vento solar estava girando junto com ele. Isso é um pouco como crianças andando em um carrossel de parque de recreio - a atmosfera gira com o Sol da mesma forma que a parte externa do carrossel gira, mas quanto mais longe você vai do centro, quanto mais rápido você se move no espaço. Uma criança no limite pode pular e, nesse ponto, mover em linha reta para fora, em vez de continuar girando. De maneira semelhante, há algum ponto entre o Sol e a Terra, as transições do vento solar de girar junto com o Sol para fluir diretamente para fora, ou radialmente, como vemos da Terra.

Exatamente onde o vento solar faz a transição de um fluxo rotacional para um fluxo perfeitamente radial tem implicações em como o Sol emite energia. Encontrar esse ponto pode nos ajudar a entender melhor o ciclo de vida de outras estrelas ou a formação de discos protoplanetários, os discos densos de gás e poeira ao redor de estrelas jovens que eventualmente se aglutinam em planetas.

Agora, pela primeira vez - em vez de apenas ver aquele fluxo direto que vemos perto da Terra - a Parker Solar Probe foi capaz de observar o vento solar enquanto ele ainda estava girando. É como se a Parker Solar Probe tivesse uma visão do carrossel girando diretamente pela primeira vez, não apenas as crianças pulando dela. O instrumento de vento solar da Parker Solar Probe detectou rotação começando a mais de 20 milhões de milhas do Sol, e conforme Parker se aproximava de seu ponto de periélio, a velocidade da rotação aumentou. A força da circulação era mais forte do que muitos cientistas previram, mas também mudou mais rapidamente do que o previsto para um fluxo de saída, que é o que ajuda a mascarar esses efeitos de onde costumamos sentar, cerca de 93 milhões de milhas do sol.

“O grande fluxo rotacional do vento solar visto durante os primeiros encontros foi uma verdadeira surpresa, "disse Kasper." Enquanto esperávamos eventualmente ver o movimento rotacional mais perto do Sol, as altas velocidades que estamos vendo nesses primeiros encontros são quase dez vezes maiores do que o previsto pelos modelos padrão. "

Poeira perto do Sol

Outra questão que se aproxima de uma resposta é a evasiva zona livre de poeira. Nosso sistema solar está inundado de poeira - as migalhas cósmicas das colisões que formaram os planetas, asteróides, cometas e outros corpos celestes bilhões de anos atrás. Os cientistas há muito suspeitam que, perto do Sol, essa poeira seria aquecida a altas temperaturas pela poderosa luz do sol, transformando-o em um gás e criando uma região livre de poeira ao redor do sol. Mas ninguém jamais observou isso.

Pela primeira vez, As imagens da Parker Solar Probe viram a poeira cósmica começar a se dissipar. Porque o instrumento de imagem WISPR — Parker Solar Probe, liderado pelo Laboratório de Pesquisa Naval - olha para fora da nave espacial, it can see wide swaths of the corona and solar wind, including regions closer to the Sun. These images show dust starting to thin a little over 7 million miles from the Sun, and this decrease in dust continues steadily to the current limits of WISPR's measurements at a little over 4 million miles from the Sun.

"This dust-free zone was predicted decades ago, but has never been seen before, " said Russ Howard, principal investigator for the WISPR suite—short for Wide-field Imager for Solar Probe—at the Naval Research Laboratory in Washington, D.C. "We are now seeing what's happening to the dust near the Sun."

At the rate of thinning, scientists expect to see a truly dust-free zone starting a little more than 2-3 million miles from the Sun—meaning Parker Solar Probe could observe the dust-free zone as early as 2020, when its sixth flyby of the Sun will carry it closer to our star than ever before.

Putting space weather under a microscope

Parker Solar Probe's measurements have given us a new perspective on two types of space weather events:energetic particle storms and coronal mass ejections.

Tiny particles—both electrons and ions—are accelerated by solar activity, creating storms of energetic particles. Events on the Sun can send these particles rocketing out into the solar system at nearly the speed of light, meaning they reach Earth in under half an hour and can impact other worlds on similarly short time scales. These particles carry a lot of energy, so they can damage spacecraft electronics and even endanger astronauts, especially those in deep space, outside the protection of Earth's magnetic field—and the short warning time for such particles makes them difficult to avoid.

Understanding exactly how these particles are accelerated to such high speeds is crucial. But even though they zip to Earth in as little as a few minutes, that's still enough time for the particles to lose the signatures of the processes that accelerated them in the first place. By whipping around the Sun at just a few million miles away, Parker Solar Probe can measure these particles just after they've left the Sun, shedding new light on how they are released.

Já, Parker Solar Probe's ISʘIS instruments, led by Princeton University, have measured several never-before-seen energetic particle events—events so small that all trace of them is lost before they reach Earth or any of our near-Earth satellites. These instruments have also measured a rare type of particle burst with a particularly high number of heavier elements—suggesting that both types of events may be more common than scientists previously thought.

"It's amazing—even at solar minimum conditions, the Sun produces many more tiny energetic particle events than we ever thought, " said David McComas, principal investigator for the Integrated Science Investigation of the Sun suite, or ISʘIS, at Princeton University in New Jersey. "These measurements will help us unravel the sources, acceleration, and transport of solar energetic particles and ultimately better protect satellites and astronauts in the future."

Data from the WISPR instruments also provided unprecedented detail on structures in the corona and solar wind—including coronal mass ejections, billion-ton clouds of solar material that the Sun sends hurtling out into the solar system. CMEs can trigger a range of effects on Earth and other worlds, from sparking auroras to inducing electric currents that can damage power grids and pipelines. WISPR's unique perspective, looking alongside such events as they travel away from the Sun, has already shed new light on the range of events our star can unleash.

"Since Parker Solar Probe was matching the Sun's rotation, we could watch the outflow of material for days and see the evolution of structures, " said Howard. "Observations near Earth have made us think that fine structures in the corona segue into a smooth flow, and we're finding out that's not true. This will help us do better modeling of how events travel between the Sun and Earth."

As Parker Solar Probe continues on its journey, it will make 21 more close approaches to the Sun at progressively closer distances, culminating in three orbits a mere 3.83 million miles from the solar surface.

"The Sun is the only star we can examine this closely, " said Nicola Fox, director of the Heliophysics Division at NASA Headquarters. "Getting data at the source is already revolutionizing our understanding of our own star and stars across the universe. Our little spacecraft is soldiering through brutal conditions to send home startling and exciting revelations."

Data from Parker Solar Probe's first two solar encounters is available to the public online.

Parker Solar Probe is part of NASA's Living with a Star program to explore aspects of the Sun-Earth system that directly affect life and society. The Living with a Star program is managed by the agency's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, for NASA's Science Mission Directorate in Washington. Johns Hopkins APL designed, built and operates the spacecraft.