Cientistas do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica e do Laboratório Solar e Astrofísico da Lockheed Martin (EUA) criaram um modelo de computador para simular todo o ciclo de vida de uma erupção solar.

Ou seja, do acúmulo de energia a milhares de quilômetros abaixo da superfície do sol ao surgimento de linhas de campo magnético emaranhadas a liberação explosiva de energia em um flash superbrilhante.

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A simulação captura a formação de uma explosão solar de forma mais realista do que esforços anteriores, e inclui o espectro de emissões de luz conhecidas por estarem associadas a tais erupções.

Benefícios

“Este trabalho nos permite explicar por que as labaredas solares se parecem do jeito que são, não apenas em um único comprimento de onda, mas em comprimentos de onda visíveis, em ultravioleta e em raios-X”, disse Mark Cheung, físico do laboratório da Lockheed Martin e professor na Universidade de Stanford. “Estamos explicando as muitas cores das explosões solares”.

O arquétipo abre o caminho para a formulação de futuros modelos que possam prever e acompanhar o clima do sol enquanto se desdobra em tempo real, incluindo o aparecimento de manchas solares, que às vezes produzem explosões e ejeções de massa coronal.

Essas erupções podem ter impactos na Terra, desde interromper redes de energia e de comunicações até danificar satélites e colocar astronautas em perigo.

A pesquisa foi financiada em grande parte pela NASA e pela Fundação Nacional da Ciência, uma agência governamental dos Estados Unidos.

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Completo

Os cientistas queriam construir um modelo que pudesse se estender por várias regiões do sol, capturando o comportamento complexo e único de cada uma.

Assim, a simulação abarca a parte superior da zona de convecção, cerca de 10.000 quilômetros abaixo da superfície da estrela, sobe através da superfície solar e alcança uma área 40.000 quilômetros acima da atmosfera solar, conhecida como a coroa. As diferenças na densidade do gás, pressão e outras características do sol são vastas.

Depois de configurar todas essas áreas, os cientistas precisaram criar um cenário. Em pesquisas anteriores, usando modelos menos complexos, a simulação teve que ser iniciada quase no momento da explosão para conseguir que uma chama solar se formasse.

No novo estudo, os pesquisadores projetara, um cenário usando condições inspiradas por uma mancha solar particularmente ativa observada em março de 2014. Ela gerou dezenas de explosões durante o tempo em que foi visível. Ao invés de imitá-la com precisão, a equipe apenas simulou aproximadamente os mesmos ingredientes solares que estavam presentes na época. Então, os cientistas rodaram o modelo, observando para ver se ele geraria uma erupção por conta própria.

Deu certo. “Nosso modelo foi capaz de capturar todo o processo, desde o acúmulo de energia até a emergência na superfície, a energização da coroa e o ponto em que a energia é liberada em uma erupção solar”, disse Matthias Rempel, do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica.

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Desafios

Para simular com sucesso uma erupção solar desde sua emergência até a liberação de energia, os cientistas precisaram acrescentar equações detalhadas que permitissem que cada região contribuísse para a evolução da explosão de maneira realista.

Ao mesmo tempo, tiveram que ser cuidadosos para não tornar o modelo complicado demais para ser prático e adequado aos recursos de supercomputação disponíveis.

“Temos um modelo que compreende uma grande variedade de condições físicas, o que o torna muito desafiador”, explicou Rempel ao portal Phys.org. “Esse tipo de realismo requer soluções inovadoras”.

Para enfrentar esses obstáculos, Rempel tomou emprestada uma técnica matemática usada historicamente por pesquisadores que estudam as magnetosferas da Terra e de outros planetas. O método permite a compactação da diferença nas escalas de tempo entre as camadas sem perder a precisão, levando a um modelo legítimo e computacionalmente eficiente.

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Próximos passos

Agora que o modelo mostrou ser capaz de simular realisticamente todo o ciclo de vida de uma explosão solar, os cientistas pretendem testá-lo com observações do mundo real e ver se ele consegue emular com sucesso o que realmente ocorre na superfície solar.

“Esta foi uma simulação independente inspirada por dados observacionais. O próximo passo é introduzir diretamente os dados observados no modelo e deixá-lo conduzir o que está acontecendo. É uma maneira importante de validar o modelo, e ele também pode nos ajudar a entender melhor o que estamos observando no sol”, conclui Rempel.

O modelo foi detalhado em um artigo publicado na revista científica Nature Astronomy. [Phys]