12 de janeiro de 2001
Ouço dizer, leio que não se sabe por que a coroa solar, o ambiente gasoso do Sol, está a uma temperatura da ordem de um milhão de graus, enquanto sua superfície está apenas a seis mil graus. Esta manhã, uma ideia emergiu
É um fato observacional: o Sol emite periodicamente arcos de plasma de grande extensão. Os pontos de fixação desses arcos na superfície do Sol são as manchas solares. O plasma que envolve o Sol está em condição, salvo engano, de "número de Reynolds magnético elevado". Ou seja, as linhas de campo magnético estão "congeladas" ("frozen in") no plasma. Imagine cabelos de mulher numa piscina e um pente que os alisa. Os cabelos e o pente estão estreitamente ligados. Um arrasta o outro, e reciprocamente.
Esses arcos de plasma, novo fato observacional, se estendem por grandes distâncias, depois se fragmentam. Na figura à direita, representamos esquematicamente as linhas de campo magnético. Em todo ponto do espaço, pode-se associar ao valor de B um valor correspondente de "pressão magnética", indicado.
Há também conservação do fluxo magnético:
O valor do campo magnético é, portanto, máximo nas proximidades das manchas solares e mínimo no ponto de extensão máxima do arco. Isso resulta em um efeito de gradiente de campo magnético. O arco funcionará como um acelerador natural de partículas carregadas. Assim, o gás vai se deslocar da superfície solar, de cada mancha solar, e, impulsionado por esse gradiente de campo magnético, muito superior à força da gravidade, subirá e se acelerará para alcançar a região de campo mínimo, onde o arco é mais extenso e sua seção é maior. Essas massas de plasma poderiam, parece-me, então entrar em colisão. O resultado seria a conversão de energia magnética (aquela que serviu para acelerar as duas massas de plasma) em energia térmica. A figura a seguir ilustra o conceito. A aceleração de partículas por gradiente de pressão magnética, especialmente em grandes distâncias, é um processo muito eficiente. Tudo isso deveria poder ser numericamente modelado com mais precisão, mas acho que esse fenômeno poderia justificar esse aquecimento da coroa. Não se deve esquecer que, como a velocidade de agitação térmica varia com a raiz quadrada da temperatura, a passagem de 6000 para um milhão de graus representa apenas um ganho de um fator 12 na velocidade de agitação térmica.
Dito isso, onde as massas de plasma entram em colisão (os arcos seriam então o local de fenômenos magnetoacústicos bastante interessantes para estudar), a pressão no plasma pode tornar-se tão grande que ele escapa do confinamento ligado ao feixe de linhas de campo magnético. Daí a fragmentação desses arcos, liberando seu conteúdo incandescente. Posteriormente, teríamos dois cenários possíveis. Um aquecimento moderado alimentaria o ambiente gasoso do Sol, sua coroa. O gás na superfície do Sol está aí fixado. A 6000 graus, a velocidade de agitação térmica é claramente menor que a velocidade que uma partícula precisa ter para se afastar significativamente da superfície solar. É por isso que essa superfície é bastante próxima de uma esfera. Mas as partículas mais rápidas, aceleradas nos arcos e liberadas durante a fragmentação, compõem então a "atmosfera solar", que se estende a distâncias muito maiores.
Erupções solares mais violentas (que na verdade são o efeito secundário de uma instabilidade do tipo magnetohidrodinâmica, MHD, com número de Reynolds magnético elevado) dão origem ao vento estelar (no caso do Sol, o vento solar). De fato, sabe-se que a forte abundância de manchas solares é sinônimo de um intenso bombardeio da Terra pelo gás emitido pelo Sol.
Para os não especialistas em física de plasmas, essa aceleração por efeito de gradiente de campo magnético pode ser um pouco difícil de compreender. Mas muitas pessoas conhecem a "magnetosfera" da Terra:
À esquerda, a esfera terrestre, com seu eixo de dipolo magnético inclinado. Na realidade, o "norte magnético" da Terra é um polo sul, pois atrai os polos norte das bússolas-imãs. As partículas carregadas (essencialmente elétrons) emitidas pelo Sol (vento solar) ficam presas na rede das linhas do campo magnético terrestre. Na figura à direita: elas realizam idas e vindas entre regiões de campo intenso, espiralando ao redor dessas linhas de força. Essas trajetórias em espiral representam de certa forma a maneira como esse plasma está ligado ao campo magnético. Esse plasma, que constitui as "cinturas de Van Allen", nomeadas em homenagem ao astrofísico que as descobriu, faz a ida e volta entre as regiões boreais norte e sul da Terra, as partículas sendo "rebatidas" como bolas de tênis (simplesmente por efeito do gradiente de pressão magnética). Na física de plasmas, isso se chama um "espelho magnético" ("magnetic mirror"). À esquerda, a "cabeça" da magnetosfera terrestre, oposta ao Sol.
Em regime normal, as partículas carregadas retornam em altitudes muito elevadas, acima da atmosfera terrestre, cujo limite pode ser fixado em uma altitude de 80 km. Quando uma rajada particularmente intensa de vento solar atinge a Terra, as partículas, apesar do efeito de frenagem devido ao gradiente de campo magnético, conseguem penetrar na alta atmosfera, e todos os astrônomos sabem que isso causa o fenômeno das auroras boreais. Assim, uma cintura de Van Allen é uma estrutura que me parece bastante semelhante a esses arcos correspondentes às erupções solares, pelo menos sob certos aspectos.
Bem, isso parece ser uma ideia a ser explorada. Mas tenho tantas coisas para fazer......
Ver o dossier "As iras do Sol", de 16 de setembro de 2005
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