Com dados de sua passagem mais próxima do sol, a espaçonave Solar Orbiter da ESA/NASA encontrou pistas convincentes sobre a origem dos ziguezagues magnéticos e aponta como seu mecanismo de formação física pode ajudar a acelerar o vento solar.
O Solar Orbiter fez a primeira observação de sensoriamento remoto consistente com um fenômeno magnético chamado de retorno solar – deflexões repentinas e grandes do campo magnético do vento solar. A nova observação fornece uma visão completa da estrutura, neste caso confirmando que ela tem um caráter em forma de S, como previsto. Além disso, a perspectiva global fornecida pelos dados do Solar Orbiter indica que esses campos magnéticos em rápida mudança podem ter sua origem perto da superfície do sol.

Embora várias naves espaciais tenham voado por essas regiões intrigantes antes, os dados in situ só permitem uma medição em um único ponto e tempo. Consequentemente, a estrutura e a forma do switchback devem ser inferidas a partir das propriedades do plasma e do campo magnético medidas em um ponto.

Quando as espaçonaves alemãs-americanas Helios 1 e 2 voaram perto do Sol em meados da década de 1970, ambas as sondas registraram inversões repentinas do campo magnético do Sol. Essas inversões misteriosas eram sempre abruptas e sempre temporárias, durando de alguns segundos a várias horas antes que o campo magnético voltasse à sua direção original.

Essas estruturas magnéticas também foram sondadas a distâncias muito maiores do Sol pela espaçonave Ulysses no final da década de 1990. Em vez de um terço do raio orbital da Terra a partir do Sol, onde as missões Helios fizeram sua passagem mais próxima, Ulysses operou principalmente além da órbita da Terra.

Seu número aumentou dramaticamente com a chegada da Parker Solar Probe da NASA em 2018. Isso indicou claramente que as reversões repentinas do campo magnético são mais numerosas perto do sol e levou à sugestão de que elas foram causadas por dobras em forma de S no campo magnético . Esse comportamento intrigante rendeu ao fenômeno o nome de ziguezague. Várias ideias foram propostas sobre como elas poderiam se formar.

Em 25 de março de 2022, o Solar Orbiter estava a apenas um dia de distância de uma passagem próxima do sol – trazendo-o para a órbita do planeta Mercúrio – e seu instrumento Metis estava coletando dados. Metis bloqueia o brilho da luz da superfície do sol e tira fotos da atmosfera externa do sol, conhecida como coroa. As partículas na coroa são eletricamente carregadas e seguem as linhas do campo magnético do sol para o espaço. As próprias partículas eletricamente carregadas são chamadas de plasma.

Por volta das 20:39 UT, Metis gravou uma imagem da coroa solar que mostrava uma dobra em forma de S distorcida no plasma coronal. Para Daniele Telloni, Instituto Nacional de Astrofísica – Observatório Astrofísico de Torino, Itália, parecia um ziguezague solar.

Comparando a imagem de Metis, que havia sido tirada em luz visível, com uma imagem simultânea obtida pelo instrumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) da Solar Orbiter, ele viu que o retorno candidato estava ocorrendo acima de uma região ativa catalogada como AR 12972. Regiões ativas são associados a manchas solares e atividade magnética. Uma análise mais aprofundada dos dados de Metis mostrou que a velocidade do plasma acima dessa região era muito lenta, como seria de esperar de uma região ativa que ainda não liberou sua energia armazenada.

Daniele instantaneamente pensou que isso se assemelhava a um mecanismo gerador para os ziguezagues propostos pelo professor Gary Zank, da Universidade do Alabama em Huntsville, EUA. A teoria analisava a maneira como diferentes regiões magnéticas próximas à superfície do sol interagem umas com as outras.

Perto do sol, e especialmente acima das regiões ativas, existem linhas de campo magnético abertas e fechadas. As linhas fechadas são laços de magnetismo que se arqueiam na atmosfera solar antes de se curvarem e desaparecerem de volta ao sol. Muito pouco plasma pode escapar para o espaço acima dessas linhas de campo e, portanto, a velocidade do vento solar tende a ser lenta aqui. As linhas de campo aberto são o inverso, elas emanam do sol e se conectam com o campo magnético interplanetário do Sistema Solar. São estradas magnéticas ao longo das quais o plasma pode fluir livremente e dar origem ao rápido vento solar.

Daniele e Gary provaram que os ziguezagues ocorrem quando há uma interação entre uma região de linhas de campo aberto e uma região de linhas de campo fechado. À medida que as linhas de campo se aglomeram, elas podem se reconectar em configurações mais estáveis. Um pouco como estalar um chicote, isso libera energia e define uma perturbação em forma de S viajando para o espaço, que uma espaçonave passando registraria como um ziguezague.

De acordo com Gary Zank, que propôs uma das teorias para a origem dos ziguezagues, "A primeira imagem de Metis que Daniele me mostrou sugeriu-me quase imediatamente as caricaturas que havíamos desenhado no desenvolvimento do modelo matemático para um ziguezague. a primeira imagem era apenas um instantâneo e tivemos que moderar nosso entusiasmo até que tivéssemos usado a excelente cobertura Metis para extrair informações temporais e fazer uma análise espectral mais detalhada das próprias imagens. Os resultados provaram ser absolutamente espetaculares."

Juntamente com uma equipe de outros pesquisadores, eles construíram um modelo computacional do comportamento e descobriram que seus resultados tinham uma notável semelhança com a imagem de Metis, especialmente depois de incluir cálculos de como a estrutura se alongaria durante sua propagação para fora através da coroa solar. .

"Eu diria que esta primeira imagem de um ziguezague magnético na coroa solar revelou o mistério de sua origem", diz Daniele, cujos resultados foram publicados em um artigo no The Astrophysical Journal Letters .

Ao entender os ziguezagues, os físicos solares também podem estar dando um passo para entender os detalhes de como o vento solar é acelerado e aquecido longe do sol. Isso ocorre porque quando as naves espaciais voam em ziguezagues, elas geralmente registram uma aceleração localizada do vento solar.