Telescópios terrestres modernos dependem da óptica adaptativa (AO) para entregar imagens nítidas. Ao compensar as distorções causadas pela atmosfera, essa técnica nos dá registos excepcionais de planetas, estrelas e outros corpos celestes.
Agora, uma equipa do Observatório Solar Nacional está a aplicar a AO para investigar a coroa solar com um nível de detalhe nunca alcançado.
A coroa é a camada mais externa do Sol e estende-se pelo espaço por milhões de quilómetros. De forma surpreendente, ela é mais quente do que a camada imediatamente abaixo, a fotosfera - um enigma conhecido como o “problema do aquecimento coronal”.
Dominada por campos magnéticos intensos, a coroa também é a origem das ejeções de massa coronal (CMEs), que podem atingir a magnetosfera da Terra e desencadear auroras e tempestades geomagnéticas.
Por que a coroa solar é tão difícil de observar
Como a coroa é muito mais tênue do que a superfície do Sol, observá-la é difícil. Ela aparece durante eclipses solares totais, quando a Lua bloqueia a fotosfera; coronógrafos em missões espaciais - como o instrumento a bordo da Parker Solar Probe - conseguem um efeito semelhante ao “imitar” um eclipse.
A partir do solo, o desafio aumenta por causa da interferência atmosférica. A óptica adaptativa usa espelhos deformáveis, controlados por computador, para contrariar essa turbulência e recuperar a nitidez. Investigadores do Observatório Solar Nacional (NSO) da Academia Nacional de Ciências e do New Jersey Institute of Technology desenvolveram um sistema de AO para o Goode Solar Telescope, de 1,6 metro, com o objetivo de observar a coroa com alta precisão e expor a sua estrutura fina.
Óptica adaptativa (AO) no Goode Solar Telescope do NSO
O trabalho foi descrito num artigo intitulado “Observations of fine coronal structures with high-order solar adaptive optics”, publicado na Nature Astronomy, com Dirk Schmidt, cientista de Óptica Adaptativa do NSO, como autor principal.
“Resolver estruturas finas na coroa do Sol pode fornecer insights-chave sobre erupções rápidas e o aquecimento da coroa”, escrevem os autores no artigo. Eles lembram que, embora a AO seja usada em grandes telescópios há duas décadas, nenhum desses sistemas conseguiu observar a coroa. “Aqui apresentamos observações com óptica adaptativa coronal que atingem o limite de difração de um telescópio de 1,6 m para revelar detalhes coronais muito finos”, afirmam.
“Estas são, de longe, as observações mais detalhadas deste tipo, mostrando características que não tinham sido vistas antes, e não está totalmente claro o que elas são.” - Vasyl Yurchyshyn, NJIT-Center for Solar-Terrestrial Research.
Prominências solares, arcos (loops) e chuva coronal são compostos de plasma. Compreender estes fenómenos - e outras questões em aberto - depende de enxergar as suas feições mais subtis. “Como é que o plasma na coroa é aquecido a milhões de kelvins quando a superfície do Sol está a apenas 6.000 K?”, perguntam os autores. “Como e quando as erupções são desencadeadas?”
A AO funciona com sensores de frente de onda e com tecnologias e algoritmos que tornam esses sensores viáveis. Essas ferramentas estavam disponíveis para a fotosfera, mas não para a coroa - até agora.
“A turbulência no ar degrada severamente as imagens de objetos no espaço, como o nosso Sol, vistas pelos nossos telescópios. Mas nós conseguimos corrigir isso”, disse Dirk Schmidt, cientista de Óptica Adaptativa do NSO, que liderou o desenvolvimento. “É super empolgante construir um instrumento que nos mostra o Sol como nunca antes”, afirmou num comunicado.
“Este avanço tecnológico muda o jogo; há muito a descobrir quando você aumenta a sua resolução por um fator de 10.” - Dirk Schmidt, Observatório Solar Nacional.
Este vídeo mostra uma proeminência dinâmica, com uma torção em grande escala, ao lado de material coronal a “chover”.
O que as novas observações revelam na coroa solar
Chuva coronal é o fenómeno em que filamentos de plasma da coroa arrefecem e caem de volta para a superfície. “Gotas de chuva na coroa do Sol podem ser mais estreitas do que 20 quilómetros”, disse o astrónomo do NSO Thomas Schad. “Estas descobertas oferecem um novo e valioso insight observacional, vital para testar modelos computacionais de processos coronais.”
“Estas são, de longe, as observações mais detalhadas deste tipo, mostrando características que não tinham sido vistas antes, e não está totalmente claro o que elas são”, disse o coautor do estudo Vasyl Yurchyshyn, professor no NJIT-Center for Solar-Terrestrial Research.
Este vídeo mostra uma proeminência quiescente, densa e fria, com fluxos internos complexos.
O vídeo seguinte apresenta chuva coronal pós-flare. Como a “chuva” é plasma, ela segue as linhas do campo magnético em vez de cair em trajetórias retas. O vídeo é composto pelas imagens de maior resolução já captadas.
Apesar de estar sempre presente, o Sol ainda guarda muitas incógnitas para a ciência. O problema do aquecimento coronal é uma delas, à espera de uma explicação. A equipa aposta que, ao resolver a estrutura fina do plasma, será possível aproximar-se da resposta.
A AO já tinha sido usada em telescópios solares, mas com limitações importantes. Esses sistemas mostraram a superfície do Sol com grande detalhe, porém não a coroa. Há décadas, eles chegaram a um patamar de precisão de 1.000 km, e desde então pouco avançaram.
“O novo sistema de óptica adaptativa coronal fecha essa lacuna de décadas e entrega imagens de feições coronais com resolução de 63 quilómetros - o limite teórico do Goode Solar Telescope, de 1,6 metro”, disse Thomas Rimmele, tecnólogo-chefe do NSO, que construiu a primeira AO operacional para a superfície solar e incentivou o desenvolvimento.
Para a comunidade de física solar, este sistema de AO representa um salto significativo.
“Este avanço tecnológico muda o jogo; há muito a descobrir quando você aumenta a sua resolução por um fator de 10”, disse Schmidt.
Próximos passos: Daniel K. Inouye Solar Telescope
O coautor Philip Goode, professor de investigação no NJIT-CSTR, afirma que a tecnologia é transformadora. A equipa trabalha para implementá-la no Daniel K. Inouye Solar Telescope, da National Science Foundation, no Havaí. Com um espelho de 4 metros, ele é o maior telescópio solar do mundo.
“Esta tecnologia transformadora, que provavelmente será adotada em observatórios no mundo inteiro, está pronta para remodelar a astronomia solar baseada em terra”, disse Goode.
“Com a óptica adaptativa coronal agora em operação, isto marca o começo de uma nova era na física solar, prometendo muitas outras descobertas nos anos e décadas que virão.”
Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.
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