As manchas solares podem ser vistas nesta imagem da radiação solar. Cada mancha solar dura alguns dias a alguns meses, e o número total aumenta a cada 11 anos. Os pontos mais escuros acompanham manchas brancas brilhantes, chamadas faculae, que aumentam a radiação solar geral. Crédito:NASA / Goddard / SORCE
Por 400 anos, as pessoas rastrearam manchas solares, as manchas escuras que aparecem por semanas na superfície do sol. Eles observaram, mas não conseguiram explicar por que o número de manchas atinge o pico a cada 11 anos.
Um estudo da Universidade de Washington publicado este mês na revista Física dos Plasmas propõe um modelo de movimento do plasma que explicaria o ciclo de manchas solares de 11 anos e várias outras propriedades do sol antes misteriosas.
"Nosso modelo é completamente diferente de uma imagem normal do sol, "disse o primeiro autor Thomas Jarboe, um professor de aeronáutica e astronáutica da UW. "Eu realmente acho que somos as primeiras pessoas a dizer a você a natureza e a fonte dos fenômenos magnéticos solares - como o sol funciona."
Os autores criaram um modelo baseado em seus trabalhos anteriores com pesquisa de energia de fusão. O modelo mostra que uma camada fina abaixo da superfície do Sol é a chave para muitas das características que vemos da Terra, como manchas solares, reversões magnéticas e fluxo solar, e é apoiado por comparações com observações do sol.
"Os dados observacionais são fundamentais para confirmar nossa imagem de como o sol funciona, "Jarboe disse.
No novo modelo, uma fina camada de fluxo magnético e plasma, ou elétrons flutuando livremente, move-se em velocidades diferentes em diferentes partes do sol. A diferença de velocidade entre os fluxos cria torções de magnetismo, conhecido como helicidade magnética, que são semelhantes ao que acontece em alguns conceitos de reator de fusão.
O chamado "diagrama de borboleta" mostra que a atividade das manchas solares começa mais longe do equador do sol e se move gradualmente em direção ao centro. O ciclo se repete a cada 11 anos. Crédito:Hathaway 2019 / solarcyclescience.com
"A cada 11 anos, o sol aumenta esta camada até que seja grande demais para ser estável, e então ele se desfaz, "Jarboe disse. Sua partida expõe a camada inferior de plasma movendo-se na direção oposta com um campo magnético invertido.
Quando os circuitos em ambos os hemisférios estão se movendo na mesma velocidade, mais manchas solares aparecem. Quando os circuitos têm velocidades diferentes, há menos atividade de manchas solares. Essa incompatibilidade, Jarboe diz, pode ter acontecido durante décadas de pouca atividade de manchas solares conhecida como "Mínimo de Maunder".
"Se os dois hemisférios girarem em velocidades diferentes, então as manchas solares perto do equador não coincidem, e tudo vai morrer, "Jarboe disse.
"Os cientistas pensaram que uma mancha solar foi gerada a 30 por cento da profundidade do sol, e então surgiu em uma corda torcida de plasma que salta para fora, "Jarboe disse. Em vez disso, seu modelo mostra que as manchas solares estão nos "supergrânulos" que se formam dentro do fino, camada subterrânea de plasma que o estudo calcula ter cerca de 100 a 300 milhas (150 a 450 quilômetros) de espessura, ou uma fração dos 430 do sol, Raio de 000 milhas.
"A mancha solar é uma coisa incrível. Não há nada lá, e então, de repente, você vê em um flash, "Jarboe disse.
No modelo apresentado no novo artigo, a linha vermelha mostra o fluxo de elétrons, ou plasma, e a linha amarela mostra a superfície do sol. O X dentro de um círculo mostra o campo magnético, com o campo eletromagnético mais alto perto do equador do sol. Com o tempo, o campo eletromagnético se desgasta na superfície e a camada externa de vermelho se espalha para o espaço sideral, expor a camada interna que flui na direção oposta. Crédito:Jarboe et al./ Física dos Plasmas
A pesquisa anterior do grupo se concentrou em reatores de energia de fusão, que usam temperaturas muito altas semelhantes às do sol para separar os núcleos de hidrogênio de seus elétrons. Tanto no Sol quanto nos reatores de fusão, os núcleos de dois átomos de hidrogênio se fundem, liberando grandes quantidades de energia.
O tipo de reator em que Jarboe se concentrou, um spheromak, contém o plasma do elétron dentro de uma esfera que faz com que ele se auto-organize em certos padrões. Quando Jarboe começou a considerar o sol, ele viu semelhanças, e criou um modelo para o que pode estar acontecendo no corpo celestial.
"Por 100 anos, as pessoas pesquisaram isso, "Jarboe disse." Muitos dos recursos que estamos vendo estão abaixo da resolução dos modelos, portanto, só podemos encontrá-los em cálculos. "
Outras propriedades explicadas pela teoria, ele disse, incluem o fluxo dentro do sol, a ação de torção que leva às manchas solares e à estrutura magnética total do sol. O artigo provavelmente provocará discussões intensas, Jarboe disse.
"Minha esperança é que os cientistas vejam seus dados sob uma nova luz, e os pesquisadores que trabalharam a vida inteira para coletar esses dados terão uma nova ferramenta para entender o que tudo isso significa, " ele disse.
