Parker Solar Probe passou pela coroa do Sol
Na reunião da American Geophysical Union (AGU), foi apresentada a análise da oitava passagem da Parker Solar Probe pelo Sol, ocorrida em 28 de abril de 2021, mostrando que pela primeira vez uma sonda entrou na coroa do Sol. A Parker Solar Probe (PSP) é uma missão da NASA para observar o Sol de perto, eventualmente chegando até a menos de 10 raios solares (7 milhões de km) de distância do Sol.
A PSP é uma missão da NASA, construída e operada pelo Applied Physics Laboratory (APL) da Johns Hopkins University (Laurel, Maryland), com instrumentos desenvolvidos por outras instituições: Naval Research Laboratory (Washington, DC), University of California Berkeley (Berkeley, CA), Princeton University (Princeton, NJ), University of Michigan (Ann Arbor, MI), Smithsonian Astronomical Observatory (Cambridge, MA), University of California Los Angeles (Los Angeles, CA) e JPL (Pasadena, CA). Ela foi lançada em 2018, com um foguete Delta IV Heavy, da United Launch Alliance, a partir da base da Força Espacial de Cabo Canaveral (Flórida) e sua trajetória usa múltiplas passagens por Vênus para alterar sua órbita, cada vez fazendo com que passe mais perto do Sol.
Como a PSP resiste a chegar tão perto do Sol?
Uma questão comum quando é mencionado que a PSP entrou na coroa do Sol é como ela resiste ao calor. Alguns notam que a coroa do Sol tem temperatura de milhões de graus, outros notam a proximidade com a “superfície” do Sol (a fotosfera), que está aproximadamente 5800° K. De fato, suportar a proximidade do Sol foi o maior desafio de engenharia para a missão e o motivo de ela não chegar mais perto do Sol.
Primeiro, devemos notar que a temperatura da coroa do Sol (a camada mais distante, que só vemos diretamente durante um eclipse), embora muito alta (milhões de graus) não é relevante, porque sua densidade é muito baixa (tão baixa que normalmente chamamos esse ambiente de vácuo). O calor recebido da coroa é tão pequeno que não é suficiente para causar problemas. É o mesmo motivo que satélites em órbita baixa da Terra (incluindo a Estação Espacial Internacional) não têm dificuldades em permanecer dentro da ionosfera da Terra, onde a temperatura pode atingir 2000°C. Então, a dificuldade para a PSP é suportar o fluxo de radiação vindo da fotosfera (a “superfície”) do Sol. À distância mínima que a PSP vai chegar, ela vai receber um fluxo de energia do Sol cerca de 470 vezes maior que o fluxo que chega à Terra. Para isso, ela tem um escudo térmico, cobrindo todo um lado da sonda, servindo como um guarda-sol. Ele é pintado de branco, para minimizar a fração da energia solar absorvida, mas ainda assim, com os 11 MW incidindo sobre ele, ele chega a por volta de 1400°C no lado exposto ao Sol. Com 11 cm de material compósito de carbono altamente isolante, o lado de dentro do escudo fica a apenas 30°C. A PSP usa sensores para detectar se o escudo está apontando na direção certa (do Sol) o tempo todo e fazer correções automáticas caso detecte um desvio. Os painéis solares, que são grandes para fornecer energia suficiente quando a PSP está longe do Sol, não resistiriam a esse fluxo todo durante as passagens próximas ao Sol, então eles se recolhem para dentro da sombra do escudo, deixando apenas as pontas expostas e estas são refrigeradas a água. Apenas dois dos instrumentos ficam fora da sombra do escudo, e estes tiveram que usar vários materiais exóticos para funcionar a temperaturas extremamente altas (como ligas metálicas com ponto de fusão de 2300° C). Finalmente, notamos que a órbita da PSP é muito excêntrica, de forma que cada passagens próxima ao Sol dura pouco tempo.
O que foi visto nessa passagem?
Um dos objetivos da PSP era pela primeira vez entrar na coroa do Sol, a camada mais externa da atmosfera do Sol. Considera-se que ela termina na chamada superfície de Alfvén, onde o a velocidade do vento solar alcança a velocidade de Alfvén, que é a velocidade com que perturbações se propagam pelo campo magnético. A posição dessa superfície era incerta e dependente da atividade do Sol, então não se sabia ao certo quando a PSP passaria por ela. Após esperar meses para baixar e analisar todos os dados da oitava passagem pelo Sol, em abril, a equipe concluiu que em 28 de abril a sonda passou algumas horas dentro da coroa, o que foi indicado pelas mudanças súbitas na velocidade e densidade do meio medidas pelos instrumentos da PSP. Os dados também indicam que ela entrou e saiu da coroa várias vezes, indicando que a fronteira não é uma superfície suave, mas tem várias ondulações. Além disso, as observações permitiram traçar a origem de perturbações no vento solar chamadas switchbacks, que puderam ser traçadas até estruturas na superfície e revelaram como é o ambiente dentro de um tipo de estrutura do vento chamado pseudostreamer, que foi atravessado pela PSP.
As observações da coroa serão cruciais para melhorar nosso conhecimento de como o vento solar é acelerado e como a coroa é aquecida. Além da importância para o conhecimento de física estelar, há importância prática para prever melhor as variações no vento solar que chega à Terra, que podem afetar o funcionamento de satélites, a saúde de astronautas em órbita e até mesmo redes de transmissão de eletricidade na Terra (como ocorreu em 1989, quando linhas de transmissão no Canadá foram desligadas por 9 horas).
Lançado o telescópio espacial IXPE
No dia 9 de dezembro, foi lançado com sucesso o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), o novo telescópio espacial de raios-X da NASA, em colaboração com a Agência Espacial Italiana (ASI). O lançamento foi feito do Kennedy Space Center, da NASA, em um foguete Falcon 9 da SpaceX, que colocou o satélite em uma órbita baixa equatorial. Esta escolha de órbita foi para garantir que o observatório nunca passe pela Anomalia Magnética do Atlântico Sul, uma região que se estende do sul do Brasil à costa da África, onde o campo magnético da Terra é mais fraco, o que resulta em satélites em órbita baixa serem mais expostos a partículas de alta energia, que interferem nas medidas de câmeras e outros instrumentos científicos.
O IXPE é um satélite pequeno (330 kg) e barato ($230 milhões incluindo lançamento e 2 anos de operação), o 97° do programa Explorer da NASA (que se iniciou com o Explorer 1, o primeiro satélite americano, em 1958). Foi construído pela Ball Aerospace & Technologies (Boulder, Colorado) e pela OHB Italia, e será operado a partir do Marshall Space Flight Center da NASA (Huntsville, Alabama), tendo ainda colaborações de quatro universidades: McGill (Montréal, Canadá), MIT (Cambridge, Massachusetts), Roma Tre e Stanford (Califórnia). Pela necessidade de ficar em uma órbita equatorial, inicialmente tinha sido planejado um lançamento a partir do equador, em um foguete Pegasus (um foguete lançado de avião, da empresa Northrop Grumman). Mas após a chamada de propostas para lançamento, houve uma da SpaceX, com lançamento da Flórida, que acabou ganhando. Para tornar a órbita equatorial (não é possível lançar diretamente para órbita equatorial a partir de Flórida), o segundo estágio realizou uma manobra de mudança de plano da órbita, onde o motor é acionado quando o foguete cruza o equador, para mudar a direção de sua velocidade, até que ela esteja inteiramente no plano do equador.
Raios-X são absorvidos pela atmosfera da Terra, por isso só é possível observar em raios-X a partir do espaço. O IXPE é o primeiro telescópio a ser capaz de fazer ao mesmo tempo imagens, espectros e medir a polarização de fontes de raios-X. Isso vai possibilitar analisar alguns dos objetos mais energéticos e com campos magnéticos mais intensos (condições que levam à emissão de raios-X), como Núcleos Ativos de Galáxias (AGNs), microquasares, magnetares e pulsares.
Saiba mais em
Anúncio da passagem da PSP pela coroa https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-enters-the-solar-atmosphere-for-the-first-time-bringing-new-discoveries
Artigo científico descrevendo a passagem da PSP pela coroa https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.255101
Mais detalhes sobre a proteção térmica da PSP: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/traveling-to-the-sun-why-won-t-parker-solar-probe-melt
