As regiões polares do Sol continuam sendo uma das regiões menos exploradas na ciência solar. Os observatórios espaciais e os telescópios terrestres fornecem-nos imagens extraordinárias da superfície, da atmosfera e do campo magnético do Sol, mas quase todas estas observações provêm do plano da eclíptica – a região estreita em que a Terra e a maioria dos outros planetas orbitam. Esta perspectiva limita o alcance de observação dos cientistas aos pólos de alta latitude do Sol. No entanto, estas regiões são cruciais porque os seus campos magnéticos e atividade dinâmica ajudam a moldar o ciclo magnético solar e fornecem a massa e a energia que alimentam o rápido vento solar, influenciando o comportamento solar e impulsionando o clima espacial em todo o sistema solar.
Por que a bipolaridade é importante
À primeira vista, os pólos solares parecem calmos em comparação com as latitudes médias ativas em torno de ±35°, onde predominam as manchas solares, erupções solares e ejeções de massa coronal (CMEs). Mas as aparências podem enganar. O campo magnético nos pólos é fundamental para o processo dínamo global do Sol e pode servir como um “campo semente” que molda o próximo ciclo solar, definindo assim toda a estrutura magnética solar. Dados da sonda Ulysses mostram que o rápido vento solar se origina principalmente de buracos coronais gigantescos perto dos pólos. Portanto, compreender essas regiões é fundamental para responder a três das questões mais importantes da física solar:
1. Como um gerador solar opera e conduz um ciclo magnético?
O ciclo magnético do Sol é um padrão recorrente que dura cerca de 11 anos e é caracterizado por flutuações no número de manchas solares e inversões completas dos pólos magnéticos do Sol. Este processo é impulsionado por um complexo mecanismo de dínamo alimentado pelo movimento interno do sol. A rotação diferencial gera atividade magnética, enquanto a circulação meridional transporta o fluxo magnético em direção aos pólos. No entanto, décadas de estudos heliossísmicos revelaram informações conflitantes sobre como esses fluxos se comportam nas profundezas da zona convectiva. Algumas evidências sugerem mesmo um fluxo em direcção aos pólos na base da região, desafiando as teorias tradicionais do dínamo. Observações de altas latitudes são necessárias para elucidar esses padrões de fluxo interno e refinar os modelos existentes.
2. O que impulsiona o rápido vento solar?
O rápido vento solar – um fluxo supersônico de partículas carregadas – origina-se principalmente nos buracos coronais polares do Sol e preenche grande parte da heliosfera, moldando as condições no espaço interplanetário. No entanto, os cientistas ainda não compreendem completamente como tudo começou. Emerge de uma pluma densa dentro de um buraco coronal ou de uma região mais dispersa entre buracos coronais? Os eventos de reconexão magnética, as interações das ondas ou ambos são responsáveis pela aceleração do fluxo? Somente imagens diretas e medições in-situ dos pólos podem resolver essas questões de longa data.
3. Como os eventos climáticos espaciais se propagam pelo sistema solar?
O clima espacial refere-se a mudanças no vento solar e erupções solares que perturbam o ambiente espacial. Eventos extremos, como explosões poderosas e ejeções de massa coronal, podem desencadear tempestades geomagnéticas e ionosféricas na Terra, produzindo auroras deslumbrantes, mas também ameaçando satélites, sistemas de comunicações e redes elétricas. Para melhorar as previsões, os investigadores devem acompanhar como o material solar e as estruturas magnéticas evoluem no Sol e no espaço, e não apenas a partir da perspectiva limitada do plano orbital da Terra. As observações além da eclíptica fornecerão uma perspectiva crucial de cima para baixo, ajudando os cientistas a rastrear como as ejeções de massa coronal e outras perturbações se movem através do sistema solar.
esforços anteriores
Os cientistas há muito reconhecem a importância das observações dos pólos solares. A missão Ulysses, lançada em 1990, foi a primeira nave espacial a deixar o plano da eclíptica e a recolher amostras do vento solar sobre os pólos. Os seus instrumentos no local confirmaram as principais propriedades do vento solar rápido, mas não possuíam capacidades de imagem. Recentemente, o Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia saiu gradualmente do plano da eclíptica e deverá atingir cerca de 34° de latitude norte dentro de alguns anos. Embora isto represente uma melhoria significativa, ainda está muito aquém das vantagens exigidas para verdadeiras paisagens polares.
Nas últimas décadas, muitos conceitos de missão ambiciosos foram propostos, incluindo o Solar Polar Imager (SPI), o Polar Solar Survey (POLARIS), o Solar Polar Orbiting Telescope (SPORT), a missão Solaris e a High Inclination Solar Mission (HISM). Alguns prevêem o uso de dispositivos de propulsão avançados, como velas solares, para atingir altas inclinações. Outros dependem da assistência da gravidade para inclinar gradualmente as suas órbitas. Cada uma dessas missões transportará instrumentos de sensoriamento remoto e in-situ para obter imagens dos pólos solares e medir os principais parâmetros físicos acima dos pólos.
Missão SPO
O Solar Polar Orbiting Observatory (SPO) foi projetado especificamente para superar as limitações de missões passadas e atuais. O SPO está programado para ser lançado em janeiro de 2029 e usará o Jupiter Gravity Assist (JGA) para desviar sua órbita além do plano da eclíptica. Após vários sobrevôos pela Terra e encontros cuidadosamente planejados com Júpiter, a espaçonave entrará em uma órbita de 1,5 anos com periélio de aproximadamente 1 UA e uma inclinação de até 75°. Na sua missão alargada, o SPO pode subir até 80°, proporcionando a visão mais direta de sempre dos pólos.
O ciclo de vida de 15 anos da missão, incluindo uma missão prolongada de sete anos, permitir-lhe-á cobrir os períodos mínimo e máximo solar, incluindo o período crítico por volta de 2035, quando ocorre o próximo máximo solar e ocorre a esperada inversão do campo magnético polar. Ao longo do seu ciclo de vida, o SPO sobrevoará repetidamente os pólos, com uma janela de observação em alta latitude que dura mais de 1.000 dias.
A missão da SPO visa romper as três questões científicas acima. Para atingir os seus objectivos ambiciosos, a SPO transportará um conjunto diversificado de instrumentos de detecção remota e in-situ. Juntos, eles fornecerão uma visão abrangente dos pólos do Sol. Os instrumentos de sensoriamento remoto incluem o Imageador Magnético e Heliossísmico (MHI) para medir campos magnéticos de superfície e fluxos de plasma, o Telescópio Ultravioleta Extremo (EUT) e o Telescópio de Imagem de Raios X (XIT) para capturar eventos dinâmicos na atmosfera superior do Sol, e o Coronógrafo de Luz Visível (VISCOR) e o Coronógrafo de Ângulo Muito Grande (VLACOR) para rastrear a coroa e atividade solar. O vento solar pode projetar até 45 raios solares (1 unidade astronômica). O conjunto de campo inclui magnetômetros e detectores de partículas para amostrar diretamente o vento solar e os campos magnéticos interplanetários. Ao combinar estas observações, o SPO não só irá capturar imagens dos pólos pela primeira vez, mas também conectá-las ao plasma e aos fluxos de energia magnética que moldam a heliosfera.
Os SPOs não operam isoladamente. Espera-se que funcione em conjunto com um número crescente de missões solares. Estes incluem a missão STEREO, o satélite Hinode, o Solar Dynamics Observatory (SDO), o Interface Region Imaging Spectroradiometer (IRIS), o Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S), Solar Orbiter, a missão Aditya-L1, a missão PUNCH e as próximas missões L5, como a missão Vigil da ESA e a missão LAVSO da China. Juntos, esses ativos formarão uma rede de observação sem precedentes. A vantagem polar do SPO compensará as peças que faltam, permitindo uma cobertura quase global de 4π do Sol pela primeira vez na história da humanidade.
Olhando para o futuro
O Sol é a estrela mais próxima de nós, mas muitas coisas sobre ele permanecem desconhecidas. Espera-se que a próxima missão do Observatório Solar Polar (SPO) mude isso, proporcionando aos cientistas observações sem precedentes das regiões polares do Sol. Estas regiões, que têm sido observadas diretamente há muito tempo, serão em breve observadas em detalhe, fornecendo novas informações sobre as forças que moldam a nossa estrela e sustentam a vida na Terra.
A importância da SPO vai muito além da mera curiosidade científica. Ao melhorar a sua compreensão do dínamo solar, a missão pode prever com mais precisão os ciclos solares, permitindo previsões meteorológicas espaciais mais fiáveis. A compreensão da formação e do comportamento do rápido vento solar também melhorará os modelos da heliosfera, o que é fundamental para a engenharia de naves espaciais e a segurança dos astronautas. Mais importante ainda, os avanços no seguimento da actividade solar podem melhorar a nossa capacidade de proteger tecnologias críticas, incluindo satélites de navegação e comunicações, sistemas de aviação e a rede eléctrica da Terra.
