Desde que os humanos puderam observar as manchas solares pela primeira vez, cerca de 400 anos atrás, as usamos para tentar definir o ciclo solar. Aproximadamente a cada 11 anos, a atividade solar, como manchas solares e erupções solares, diminui e flui, causando mudanças nos padrões climáticos na Terra e, ocasionalmente, ameaçando as telecomunicações. Prever essas mudanças de maneira confiável pode ajudar a todos, de agricultores a militares.
Tradicionalmente, os cientistas usam o conceito de "mínimo solar", quando a atividade solar é reduzida, para marcar o início de cada ciclo. Mas a estrutura do "mínimo solar" é um tanto arbitrária e imprecisa, explica Robert Leamon, cientista pesquisador da Parceria para Pesquisa em Heliofísica e Meio Ambiente Espacial (PhaSER), uma parceria da UMBC com a NASA.

Leamon liderou novas pesquisas mostrando que um "relógio solar" baseado no campo magnético do sol, em vez da presença ou ausência de manchas solares, pode descrever e prever com precisão muitas mudanças importantes ao longo do ciclo solar. A nova estrutura oferece uma melhoria significativa em relação ao método tradicional de manchas solares, porque pode prever surtos de erupções solares perigosas ou mudanças nas tendências climáticas com anos de antecedência.

Especificamente, a nova pesquisa, publicada em Frontiers in Astronomy and Space Sciences , mostra que o ciclo solar opera como uma sequência distinta de eventos. Mudanças notáveis ​​e às vezes abruptas ocorrem a cada quinto de um ciclo. Isso é verdade independentemente da duração exata de um determinado ciclo, que pode variar de vários meses a um ano. Em um aceno para os entusiastas da música, Leamon e colegas chamam isso de "círculo de quintas".

Encontrando os pontos de referência

O novo artigo de Leamon e colegas Scott McIntosh, do National Center for Atmospheric Research (NCAR), e Alan Title, do Lockheed Martin Advanced Technology Center, baseia-se no trabalho de Leamon, McIntosh e Daniel Marsh, também do NCAR, publicado em 2020. Esse artigo demonstrou a existência de um fenômeno do ciclo solar que a equipe de pesquisa apelidou de "o exterminador".

O campo magnético do sol muda de direção a cada ciclo solar, mas há sobreposição entre ciclos consecutivos. O campo magnético do sol às vezes é chamado de campo polar porque aponta para um dos pólos do sol ou para o outro. Um terminador marca quando o campo polar do ciclo anterior desapareceu completamente da superfície do sol e é rapidamente seguido por um aumento dramático na atividade solar.

O novo artigo aponta para pontos de referência adicionais ao longo da jornada através de um ciclo solar completo, de terminador a terminador. Esses pontos de referência são mais claros e consistentes do que usar manchas solares como guia para a duração do ciclo. Por exemplo, "O número máximo de manchas solares não se alinha com quando o campo polar se inverte, mas a reversão do campo polar acontece exatamente em um quinto do ciclo que vai de terminador para terminador", diz Leamon.

Em dois quintos de um ciclo, áreas escuras chamadas "buracos coronais polares" se formam novamente nos pólos do sol. Em três quintos de um ciclo, ocorre o último X-flare, uma classe de explosões solares muito grandes e potencialmente perigosas. Em quatro quintos, as manchas solares estão no mínimo, mas esse marco é menos consistente. E então o sol passa por outro terminador, após o qual a atividade solar se recupera rapidamente. Outros fenômenos, como emissões de UV, também se alinham bem nas quintas.

Sintomas e causas

A equipe identificou padrões nos dados coletados diariamente por dois observatórios terrestres. O Dominion Radio Astrophysical Observatory em Penticton, Canadá, mediu o fluxo de rádio solar, que serve como um proxy útil para a atividade solar, diariamente desde 1947. O Wilcox Solar Observatory na Universidade de Stanford coletou medições diárias de campos magnéticos na superfície do sol desde 1975.

Uma vez que a equipe percebeu as mudanças que ocorrem exatamente em um quinto de um ciclo, eles perguntaram:"Quantas coisas solares diferentes podemos observar? E então percebemos que todas se sobrepõem neste mesmo conjunto de quintos", diz Leamon. Diferentes parâmetros mudam em diferentes pontos do ciclo, mas "tudo está ligado a esses cinco marcos".

Esta nova teoria de um relógio solar muda o foco de manchas solares para mudanças no campo magnético. "É quase como sintomas e causas", diz Leamon. Embora as manchas solares sejam um sintoma importante, o campo magnético é a causa subjacente que impulsiona o ciclo solar.

Os segmentos mais longos

Essa mudança na estrutura melhora a capacidade dos pesquisadores de prever eventos no ciclo solar com mais precisão e antecedência, o que dá a pessoas como operadores de satélite tempo para fazer os preparativos conforme necessário com base na atividade solar prevista. Uma vez que os observatórios detectam uma inversão de campo polar inicial, o comprimento preciso do primeiro quinto do ciclo é definido. Isso significa que o tempo das outras quintas (e seus eventos associados) é uma simples questão de multiplicação.

A nova estrutura também impõe limites mais rígidos ao período dentro do ciclo em que são esperadas erupções severas, o que é uma informação útil para as pessoas na Terra. Em vez de uma mudança gradual da atividade mínima para a máxima, o período do terminador para cerca de três quintos de um ciclo parece ser o período de pico para as erupções, com uma rápida queda após esse ponto até o próximo terminador. O ciclo atual começou após um terminador em dezembro de 2021, e a nova estrutura prevê que as últimas grandes erupções devem ocorrer em meados de 2027.

Leamon aponta para uma citação do físico Richard Feynman para explicar o valor de uma teoria como esta, que dá conta de muitas variáveis ​​dentro de um sistema:"A natureza usa apenas os fios mais longos para tecer seus padrões, de modo que cada pequeno pedaço de seu tecido revela a organização de toda a tapeçaria", disse Feynman. A nova teoria de Leamon e colegas é um exemplo de um desses longos fios – prevendo com precisão muitos aspectos do ciclo solar com um único parâmetro simples e tornando mais fácil para os humanos estarem prontos para as mudanças impulsionadas pelo sol. + Explorar mais

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