Nuvem magnética em superexpansão observada pela Solar Orbiter e pela Wind

O Sol lança regularmente para o espaço nuvens de gás quente e magnetizado. Durante anos, os cientistas assumiram que essas nuvens inchavam de forma constante e previsível à medida que se afastavam, rumo à Terra.

Mas uma dessas nuvens recusou-se a seguir a regra. Ao passar por duas naves espaciais no caminho até cá, aumentou muito mais do que era esperado ao longo de um trecho curto que, em teoria, quase não deveria alterar a sua dimensão.

Um alinhamento de sorte

Tudo começa com uma ejeção de massa coronal, uma erupção gigantesca que expulsa plasma magnetizado da superfície do Sol.

Em novembro de 2021, uma dessas explosões enviou uma nuvem magnética na direção da Terra, passando por duas sondas que estavam alinhadas quase na perfeição ao longo da linha Sol–Terra.

Apanhar a mesma nuvem com duas naves na mesma linha é algo extraordinário. Uma das sondas, a Solar Orbiter, encontrava-se a cerca de 126 milhões de quilómetros do Sol. A Wind, da NASA, seguia mais afastada, já nas proximidades da Terra.

Shirsh Lata Soni, investigadora de pós-doutoramento no Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Iowa, liderou a equipa que reconstituiu o acontecimento. Soni estuda explosões solares e encarou este alinhamento como uma oportunidade rara.

Duas naves quase nunca ficam alinhadas na linha Sol–Terra durante a passagem de uma tempestade solar, e até aqui ninguém tinha acompanhado uma única nuvem com este grau de proximidade.

Esta nuvem, além disso, já tinha desencadeado uma forte tempestade magnética - do tipo que um estudo classifica entre as mais intensas que estas erupções conseguem provocar.

O que as sondas viram na nuvem magnética

Entre as duas sondas havia aproximadamente 21 milhões de quilómetros, uma distância mínima à escala do espaço.

Uma nuvem a atravessar esse intervalo deveria apresentar um aspeto quase igual nos dois pontos de medição, mas não foi isso que aconteceu.

Quando chegou à segunda nave, a nuvem já tinha aumentado a sua largura em cerca de um quinto: um inchaço de aproximadamente 21% num percurso que normalmente deixaria estas nuvens praticamente iguais.

Um crescimento tão acentuado em tão pouco “terreno” apanhou a equipa desprevenida.

Os investigadores chamaram a este comportamento “superexpansão”, um rótulo para uma nuvem que incha muito mais depressa do que o padrão habitual.

Uma nuvem que aquece

A dimensão foi apenas metade da surpresa. À medida que a nuvem se expandia, o gás no seu interior ficou cerca de três vezes mais quente - exatamente o contrário do que a física prevê para algo que se está a espalhar pelo frio do espaço.

Em princípio, um gás ao expandir-se deveria arrefecer, por ficar mais rarefeito. Aqui aconteceu o inverso: aqueceu, em vez de arrefecer, ao mesmo tempo que crescia.

O que terá alimentado esse aquecimento continua por esclarecer. Os investigadores suspeitam que a nuvem possa ter extraído energia do seu interior, ou do encontro com o vento solar irregular vindo do Sol, mas a origem real permanece em aberto.

Esse calor surgiu nos registos como uma subida acentuada da pressão no interior da nuvem.

Os modelos habituais indicam que essa pressão deveria diminuir com o tempo, não aumentar, e foi precisamente esta discrepância que tornou o episódio tão marcante.

Uma tempestade solar que se expandiu

A velocidade contou a mesma história. As extremidades da nuvem empurravam para fora a cerca de 192 quilómetros por segundo, enquanto uma nuvem típica se expande mais perto de 48 a 97 quilómetros por segundo.

Ainda assim, a expansão não estava a acelerar. Entre as duas sondas, abrandou ligeiramente, travada pelo gás mais lento que já preenchia o espaço em redor - o tipo de “arrasto” que um artigo sobre o movimento destas nuvens descreve.

O estranho está na combinação: a taxa de crescimento aliviou, mas a nuvem continuou a ficar maior.

Em geral, tempestades solares aceleram ou desaceleram quando interagem com o gás circundante - mas, desta vez, o traço dominante foi a expansão.

Onde os modelos falham

À medida que a nuvem se espalhava, o seu campo magnético enfraqueceu, o que está de acordo com o que a matemática prevê.

Quando alcançou a sonda mais distante, esse campo já tinha caído mais de 40%. Até aqui, nada de inesperado.

Já a pressão interna contou uma história menos clara. Os modelos correntes dizem que deveria diminuir de forma contínua à medida que a nuvem se expande, mas neste caso comportou-se de maneiras inesperadas, influenciada pelo aquecimento e pela compressão no interior.

Estudos anteriores apoiaram-se fortemente em simulações computacionais para descrever como estas nuvens evoluem.

Seguido por duas sondas reais em vez de apenas uma, este evento expôs fragilidades nessa imagem e deu aos investigadores números concretos para confrontarem as suas suposições.

Implicações para a meteorologia espacial

Perceber como uma nuvem muda durante o percurso até à Terra entra diretamente na previsão da meteorologia espacial. Quanto mais precisa for a previsão, mais tempo de antecedência têm as empresas de eletricidade e os operadores de satélite.

Uma tempestade forte pode baralhar sinais de GPS e deixar satélites fora de serviço. No pior cenário, pode danificar transformadores que mantêm a eletricidade a circular - um risco que um relatório detalha com base em vários casos históricos.

O que este episódio deixa claro é que nem todas as nuvens solares seguem o mesmo guião. Algumas incham e aquecem muito mais depressa do que os modelos assumiam, e esta fornece aos investigadores um caso concreto para refazer previsões.

“Neste estudo, mostramos que a nuvem magnética pode expandir-se dramaticamente num curto período de tempo e espaço, o que pode ter impactos na Terra que não teríamos identificado”, disse Soni.

A equipa vê aqui uma lição mais ampla sobre as surpresas que podem estar escondidas em fenómenos que parecem familiares.