Usando o mais poderoso telescópio solar do mundo, cientistas conseguiram observar pela primeira vez pequenos redemoinhos de plasma na superfície do Sol, em imagens em movimento com o maior nível de detalhe já alcançado da fotosfera solar.
A descoberta foi anunciada pelo National Solar Observatory (NSO), dos Estados Unidos, nesta semana e publicada na revista científica Nature.
As imagens foram obtidas pelo Daniel K. Inouye Solar Telescope, construído e operado pelo NSO na ilha de Maui, no Havaí. Com quatro metros de abertura, ele é o maior telescópio solar do mundo, capaz de fazer fotos do céu com nível de detalhes incomparável.
Os novos registros revelaram estruturas dinâmicas nas bordas de áreas magnéticas que não podiam ser identificadas nas observações de menor resolução disponíveis anteriormente.
Segundo o NSO, as estruturas são manifestações da chamada instabilidade de Kelvin-Helmholtz, ou KHI. A identificação representa a primeira confirmação experimental na fotosfera de um fenômeno previsto há décadas pela teoria.
O estudo foi realizado por pesquisadores do NSO, do High Altitude Observatory, do NSF National Center for Atmospheric Research e do Max Planck Institute for Solar System Research, da Alemanha.
A imagem mais detalhada já feita da superfície do Sol
Esta é, segundo o National Solar Observatory, a imagem de maior resolução já obtida da superfície visível do Sol, a fotosfera. O registro foi feito pelo Inouye Solar Telescope no comprimento de onda de 416 nanômetros.
A imagem revela deformações nas fronteiras de elementos magnéticos e faixas extremamente finas associadas à instabilidade de Kelvin-Helmholtz. De acordo com o estudo publicado na Nature, as observações alcançaram resolução espacial de aproximadamente 19 quilômetros na superfície solar.
Um olhar mais próximo sobre os redemoinhos
Uma ampliação da imagem destaca uma região da fotosfera solar.
O detalhe permite observar estruturas magnéticas em pequena escala e faixas escuras associadas à instabilidade de Kelvin-Helmholtz, em dimensões de dezenas de quilômetros.
O fenômeno ocorre quando fluidos se deslocam lado a lado em velocidades diferentes, criando cisalhamento na região de contato. Pequenas perturbações podem então crescer e produzir estruturas onduladas ou em espiral, semelhantes a ondas quebrando no oceano.
Descrita por Lord Kelvin e Hermann von Helmholtz no século 19, a instabilidade já foi estudada em fenômenos que vão de ondas e formações de nuvens na Terra às atmosferas de Júpiter e Saturno.
O tamanho do Havaí como referência
O NSO também divulgou uma versão que usa o Havaí como referência de escala para a região registrada pelo telescópio.
Trata-se da mesma observação em 416 nanômetros que revela as fronteiras deformadas dos elementos magnéticos e as faixas ultrafinas associadas à instabilidade de Kelvin-Helmholtz.
O movimento aparece em vídeo
Além das imagens estáticas, o observatório divulgou registros em sequência que mostram a formação e a evolução dos pequenos redemoinhos nas bordas das regiões magnéticas.
Segundo o NSO, o vídeo em time-lapse e as imagens revelam uma paisagem solar diferente da observada anteriormente, com pequenos redemoinhos dinâmicos aparecendo ao longo das bordas das áreas magnéticas.
Foi essa resolução que permitiu identificar de forma inequívoca a instabilidade de Kelvin-Helmholtz na fotosfera.
O que os redemoinhos podem explicar
Os vórtices de plasma solar magnetizado podem ser uma fonte de energia magnética livre, que alimenta fenômenos solares que vão de pequenas nanoerupções a grandes flares, jatos e ejeções de massa coronal.
Uma das principais explicações para a maneira como o Sol acumula essa energia é o chamado flux braiding, processo em que as linhas do campo magnético se entrelaçam. Quando a energia acumulada é liberada, essas linhas podem se reorganizar por meio da reconexão magnética.
O que ainda não está totalmente explicado é o mecanismo que provoca esse entrelaçamento. Segundo os pesquisadores, os pequenos redemoinhos agora observados podem fazer parte da resposta, porque aparecem repetidamente nas regiões da superfície solar onde existem campos magnéticos suficientemente fortes.
Imagem real e simulação lado a lado
Os pesquisadores compararam as observações de alta resolução do Inouye Solar Telescope com simulações computacionais da fotosfera realizadas com o código MURaM.
Nas observações e nas simulações foram encontradas dezenas de estruturas semelhantes a vórtices nas bordas das áreas magnéticas, com características e dinâmica muito próximas.
Uma possível pista para outro mistério do Sol
Os pesquisadores afirmam que a descoberta também pode ajudar a investigar por que a atmosfera externa do Sol atinge temperaturas muito superiores às da superfície.
Thomas Rimmele, cientista-chefe de tecnologia do National Solar Observatory, afirma no comunicado que a instabilidade de Kelvin-Helmholtz provavelmente contribui para o aquecimento da atmosfera externa e pode fazer parte da solução para o antigo problema de explicar por que as estrelas possuem coroas com temperaturas de milhões de kelvins.
O telescópio que tornou as imagens possíveis
O Daniel K. Inouye Solar Telescope fica próximo ao cume do Haleakalā, em Maui, no Havaí. Construído e administrado pelo National Solar Observatory, da National Science Foundation dos Estados Unidos, o instrumento possui um espelho de quatro metros.
Segundo Jacqueline Keane, diretora de programa da NSF para o National Solar Observatory, observar esses vórtices em escalas tão pequenas permaneceu fora do alcance dos cientistas durante décadas.
A combinação do espelho de quatro metros com sistemas ópticos e instrumentos avançados deu ao Inouye a capacidade necessária para revelar esses detalhes pela primeira vez.
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