Gerando imagens de turbulência em transientes solares pela primeira vez

Ilustração da Sonda Solar Parker se aproximando do Sol. Crédito:NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

A equipe científica do Wide-field Imager for Parker Solar Probe (WISPR), liderada pelo Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL), capturou o desenvolvimento da turbulência à medida que uma Ejeção de Massa Coronal (CME) interagia com o vento solar ambiente no espaço circunsolar. Esta descoberta é relatada no Astrophysical Journal .

Aproveitando a sua localização única dentro da atmosfera do Sol, o telescópio WISPR construído pelo NRL na missão Parker Solar Probe (PSP) da NASA, operado pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins (JHUAPL), capturou com detalhes incomparáveis a interação entre um CME e o vento solar ambiente de fundo.

Para surpresa da equipe do WISPR, as imagens de um dos telescópios mostraram o que pareciam ser redemoinhos turbulentos, as chamadas instabilidades Kelvin-Helmholtz (KHI). Tais estruturas foram fotografadas na atmosfera terrestre como trens de nuvens em forma de onda crescente e são o resultado de um forte cisalhamento do vento entre os níveis superior e inferior da nuvem. Acredita-se que este fenômeno, embora raramente fotografado, ocorra regularmente na interface dos fluxos de fluidos quando surgem as condições certas.

"Nunca previmos que as estruturas KHI poderiam desenvolver-se em escalas grandes o suficiente para serem visualizadas em imagens CME de luz visível na heliosfera quando projetamos o instrumento", disse Angelos Vourlidas, Ph.D., JHUAPL e Cientista do Projeto WISPR.

"Essas observações detalhadas mostram o poder do detector de alta sensibilidade WISPR combinado com o ponto de vista de perto proporcionado pela órbita única de encontro com o sol da Parker Solar Probe", disse Mark Linton, Ph.D., chefe de Teoria e Modelagem de Heliofísica do NRL. Seção e Investigador Principal do instrumento WISPR.

Observações de luz visível de uma Ejeção de Massa Coronal (CME) adquirida pelos telescópios Wide Field Imager for Solar Probe (WISPR) a bordo do Parker Missão Solar Probe (PSP) de 19 a 20 de novembro de 2021. O PSP e o CME estão localizados a apenas 10 milhões de km da superfície solar, e o PSP está se aproximando do CME por baixo. As instabilidades Kelvin-Helmholtz (KHI) aparecem como vórtices na interface entre o CME e o vento solar ambiente. As setas nos instantâneos incorporados marcam o KHI. A imagem final mostra uma fina linha de plasma solar que permanece após a deformação dos vórtices KH. Esta é uma observação inédita deste fenômeno único na coroa solar. Crédito:NASA/Johns Hopkins APL/NRL/Guillermo Stenborg e Evangelos Paouris

O olhar atento de um membro em início de carreira da equipe WISPR, Evangelos Paouris, Ph.D., George Mason University, detectou as estruturas KHI. Paouris e os seus colegas do WISPR realizaram uma investigação minuciosa para verificar se as estruturas eram de facto ondas KHI. Os resultados não apenas relatam um fenômeno extremamente raro, mesmo na Terra, mas também abrem uma nova janela de investigação com consequências importantes para as comunidades civis e do Departamento de Defesa (DOD).

"A turbulência que dá origem ao KHI desempenha um papel fundamental na regulação da dinâmica das CMEs que fluem através do vento solar ambiente. Portanto, compreender a turbulência é fundamental para alcançar uma compreensão mais profunda da evolução e cinemática das CMEs", disse Paris. Por extensão, este conhecimento levará a previsões mais precisas da chegada de CMEs nas proximidades da Terra e dos seus efeitos sobre os recursos espaciais civis e do DOD, salvaguardando assim a sociedade e o combatente.

“A imagem direta de fenômenos efêmeros extraordinários como KHI com WISPR/PSP é uma descoberta que abre uma nova janela para entender melhor a propagação de CME e sua interação com o vento solar ambiente”, disse Paouris.

WISPR é o único instrumento de imagem a bordo da missão Parker Solar Probe da NASA. O instrumento, projetado, desenvolvido e liderado pelo NRL, registra imagens em luz visível da coroa solar e do fluxo solar em duas câmeras sobrepostas que juntas observam mais de 100 graus de largura angular do sol.

Esta missão da NASA viaja mais perto do Sol do que qualquer outra missão. A PSP usa uma série de sobrevôos de Vênus para reduzir gradualmente seu periélio de 36 raios solares em 2018 para 9,5 em 2025. A missão está se aproximando de seu 19º periélio em 30 de março de 2024, a uma distância de 11,5 raios solares do centro do sol.

Ao observar os dados, a equipa descobriu que a instabilidade Kelvin-Helmholtz é excitada na fronteira entre a CME e o vento ambiente, uma vez que os dois fluem a velocidades distintas. As estruturas semelhantes a vórtices resultantes são analisadas em relação ao que a instabilidade de Kelvin-Helmholtz prevê, e inferências são apresentadas sobre qual deve ser a intensidade e densidade do campo magnético local para permitir tal instabilidade neste ambiente.

Mais informações: Evangelos Paouris et al, Primeira imagem direta de uma instabilidade Kelvin-Helmholtz por PSP/WISPR, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2208
Informações do diário: Jornal Astrofísico

Fornecido pelo Laboratório de Pesquisa Naval

Melhor mapa geológico criado para um rover europeu em Marte

O clipper Europa da NASA sobrevive e prospera no espaço sideral da Terra

Astronomia