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Durante 400 anos, as pessoas rastrearam manchas solares, manchas escuras que aparecem por semanas na superfície do sol. Eles observaram, mas não conseguiram explicar por que o número de manchas atinge o pico a cada 11 anos.
Um estudo da Universidade de Washington publicado este mês na revista Physics of Plasmas propõe um modelo de movimento do plasma que explicaria o ciclo de manchas solares de 11 anos e várias outras propriedades misteriosas do sol.
“Nosso modelo é completamente diferente de uma imagem normal do sol”, disse o primeiro autor Thomas Jarboe, professor de aeronáutica e astronáutica da UW. “Eu realmente acho que somos as primeiras pessoas a dizer a natureza e a fonte dos fenômenos magnéticos solares – como o sol funciona”.
Os autores criaram um modelo baseado em seu trabalho anterior com pesquisa em energia de fusão. O modelo mostra que uma fina camada abaixo da superfície do sol é essencial para muitos dos recursos que vemos na Terra, como manchas solares, inversões magnéticas e fluxo solar, e é apoiada por comparações com observações do sol.
“Os dados observacionais são fundamentais para confirmar nossa imagem de como o sol funciona”, disse Jarboe.
No novo modelo, uma fina camada de fluxo magnético e plasma, ou elétrons flutuantes, se move em velocidades diferentes em diferentes partes do sol. A diferença de velocidade entre os fluxos cria torções de magnetismo, conhecidas como helicity magnética, semelhantes ao que acontece em alguns conceitos de reatores de fusão.
“A cada 11 anos, o sol cresce essa camada até ficar grande demais para ser estável e depois desaparecer”, disse Jarboe. Sua partida expõe a camada inferior do plasma se movendo na direção oposta com um campo magnético invertido.
Quando os circuitos nos dois hemisférios estão se movendo na mesma velocidade, mais manchas solares aparecem. Quando os circuitos têm velocidades diferentes, há menos atividade de manchas solares. Essa incompatibilidade, diz Jarboe, pode ter acontecido durante as décadas de pouca atividade nas manchas solares conhecida como “Mínimo de Maunder”.
“Se os dois hemisférios girarem em velocidades diferentes, as manchas solares próximas ao equador não corresponderão e a coisa toda morrerá”, disse Jarboe.
“Os cientistas pensaram que uma mancha solar foi gerada a 30% da profundidade do sol e surgiu em uma corda de plasma retorcida que sai”, disse Jarboe. Em vez disso, seu modelo mostra que as manchas solares estão nos “super grânulos” que se formam dentro da fina camada subterrânea de plasma que o estudo calcula ter aproximadamente 150 a 450 quilômetros de espessura, ou uma fração dos 430.000 do sol raio de milha.

“A mancha solar é uma coisa incrível. Não há nada lá e, de repente, você a vê em um flash”, disse Jarboe.

A pesquisa anterior do grupo concentrou-se em reatores de potência de fusão, que usam temperaturas muito altas semelhantes às do sol para separar núcleos de hidrogênio de seus elétrons. Tanto no reator solar quanto no reator de fusão, os núcleos de dois átomos de hidrogênio se fundem, liberando enormes quantidades de energia.
O tipo de reator em que Jarboe se concentrou, um esferoma, contém o plasma de elétrons dentro de uma esfera que faz com que ele se auto-organize em certos padrões. Quando Jarboe começou a considerar o sol, viu semelhanças e criou um modelo para o que poderia estar acontecendo no corpo celeste.
“Há cem anos as pessoas pesquisam isso”, disse Jarboe. “Muitos dos recursos que estamos vendo estão abaixo da resolução dos modelos, portanto só podemos encontrá-los em cálculos”.
Outras propriedades explicadas pela teoria, disse ele, incluem o fluxo dentro do sol, a ação de torção que leva a manchas solares e a estrutura magnética total do sol. É provável que o artigo provoque intensa discussão, disse Jarboe.
“Minha esperança é que os cientistas olhem seus dados sob uma nova luz, e os pesquisadores que trabalharam a vida inteira para coletar esses dados terão uma nova ferramenta para entender o que tudo isso significa”, disse ele.
A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Energia dos EUA. Co-autores são estudantes de graduação da UW Thomas Benedett, Christopher Everson, Christopher Hansen, Derek Sutherland, James Penna, pesquisadores de pós-doutorado da UW Aaron Hossack e John Benjamin O’Bryan, membro do corpo docente afiliado da UW, Brian Nelson, e Kyle Morgan, ex-aluno de graduação da UW agora na CTFusion em Seattle.