gov-civil-vilareal.ptZona de rotação: o núcleo do Sol gira quatro vezes mais rápido que a superfície
>O Sol é a estrela mais próxima de nós em todo o Universo, então você pensaria que saberíamos mais sobre ele. E em muitos sentidos nós fazemos; podemos ver a superfície em alta resolução e ver detalhes que não podemos ver em outras estrelas.
Mas ainda há muito sobre isso que não sabemos e muitas perguntas permanecem sem resposta. Alguns parecem bastante simples. Por exemplo: quão rápido o núcleo do Sol gira?
Agora nós sabemos : Ele gira quase exatamente uma vez por semana. O estranho é que isso é quatro vezes mais rápido do que a rotação da superfície do Sol! O interior do Sol gira mais rápido do que o exterior.
Portanto, há um pouco para analisar aqui, mas é muito legal. OK, multar : Está quente. Mas as notícias são legais.
Este diagrama em corte mostra as camadas internas do Sol e como as ondas de pressão (ondas p) se refletem sob a superfície e através do Sol, enquanto as ondas de gravidade (ondas G) não chegam do interior profundo à superfície . Crédito: ESA; (Cromosfera do Sol com base na imagem SOHO; crédito: SOHO (ESA & NASA))
O Sol não é uma bola sólida, mas sim uma gigantesca esfera de gás (tecnicamente, é um plasma, um gás no qual os átomos perderam um ou mais elétrons; isso é realmente importante, como veremos em um segundo). No geral, o Sol tem cerca de 1,4 milhão de quilômetros de largura. No centro, a temperatura e a pressão são muito altas (15 milhões de graus C e centenas de bilhão vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar!) que os átomos de hidrogênio se chocam uns com os outros e, por meio de um complicado processo, se fundem em hélio. Isso libera muita energia - um muito - e é por isso que o Sol brilha. Essa energia sai do interior solar e se irradia da superfície como luz.
A região onde o hidrogênio é transmogrificado em hélio é chamada de núcleo, e é cerca de 1/5ºdo diâmetro do Sol: cerca de 280.000 km de largura (um pouco menos do que a distância da Terra à Lua, para comparação). Sabemos que está lá, apesar de estar enterrado sob meio milhão de quilômetros de plasma violento, devido à física de como o Sol funciona - a descoberta da fusão nuclear foi um grande avanço na compreensão da dinâmica solar.
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Quando olhamos para o Sol de fora, o vemos girando. Mesmo que a superfície não seja sólida e esteja sempre mudando, existem algumas maneiras de medir a taxa de rotação: por exemplo, você pode observar as manchas solares e usá-las como pontos de referência (bem, marcas de plasma, eu acho). Ao fazer isso, você descobre que o Sol gira uma vez a cada poucas semanas. Além disso, ele gira a uma taxa mais alta no equador em relação aos pólos; 25 contra 35 dias. Essa rotação diferencial é novamente porque o Sol não é um corpo sólido e balança um pouco.
Mas quão rápido o núcleo gira? Esse número tem sido procurado há muito tempo e tem sido enlouquecedoramente evasivo. No entanto, um novo método finalmente revelou a resposta ... e é porque o Sol está vibrando.
Entre o núcleo e a superfície está uma região do Sol chamada zona convectiva, onde o plasma quente sobe e o plasma frio desce, semelhante à água fervendo em uma panela. Existem milhares dessas células de plasma movendo-se para cima e para baixo dentro do Sol e agitam o material ao seu redor. Isso cria uma onda de pressão, semelhante a uma onda sonora. Quando estes alcançam a superfície do Sol, eles fazem com que ele vibre e essas vibrações podem ser medidas . A física das ondas é bem entendida que as propriedades dessas ondas podem ser usadas para medir as condições dentro do Sol, para que possamos descobrir o que está acontecendo nas profundezas da superfície sem nunca ver diretamente. A ciência disso é chamada heliosismologia .
O problema aqui é que essas ondas de pressão (também chamadas de ondas p ) viajam muito rapidamente através das regiões densas nas profundezas do Sol, de modo que não são sensíveis à rotação relativamente lenta do núcleo. Eles não podem ser usados diretamente para medir a rapidez com que o núcleo gira.
Ah, mas há outro tipo de onda, chamada de onda gravitacional (ou onda-g, não deve ser confundida com ondas gravitacionais, que são muito diferentes). Este é o mesmo tipo de onda que você obtém quando se move na banheira: a água é empurrada para cima e a gravidade a puxa de volta para baixo. A água ganha velocidade à medida que cai e ultrapassa um pouco, mergulhando e criando uma depressão entre as cristas. Essas cristas são puxadas para baixo e assim por diante, criando a onda g.
Com o Sol, essas ondas são geradas no núcleo, mas não chegam à superfície, portanto não podem ser medidas diretamente. Arg!
Conforme as ondas p se movem através do Sol, a superfície oscila, conforme mostrado neste modelo físico de como a superfície se move para cima e para baixo. Crédito: NSO / GONG
Mas espere! Existe uma solução aqui. Acontece que quando as ondas p passam pelo núcleo, o material que se move sob a influência das ondas g interage com elas, mudando a maneira como as ondas p se movem através dele. O efeito é incrivelmente sutil, mas com medição cuidadosa pode ser visto.
E finalmente foi , usando o venerável Observatório Solar e Heliosférico ( SOHO ), um observatório baseado no espaço dedicado à observação do sol. Um instrumento a bordo do SOHO, denominado Oscilações Globais em Baixas Frequências (ou GOLFE ), foi projetado para observar as ondas p solares. Ao fazer medições ao longo de impressionantes 16,5 anos (SOHO lançado em 1995), os astrônomos foram capazes de ver o efeito sutil das ondas g sobre eles. São essas medições que indicam que o núcleo solar gira muito mais rápido do que a superfície.
Há anos que se suspeita disso e é bom ver isso confirmado. E tenho que admitir, assim que ouvi isso, dei uma bofetada mental na testa. Eu deveria saber que o núcleo giraria mais rápido!
Por quê? A partir de teorias físicas, pensamos que as estrelas giram rapidamente quando nascem. Vemos muitas confirmações disso observando estrelas jovens também. Mas a superfície do Sol gira apenas uma vez por mês ou mais. Provavelmente, isso se deve ao seu campo magnético: o poderoso magnetismo gerado dentro do sol. Não é bem compreendido exatamente onde o magnetismo é criado , mas certamente está acima do núcleo, ou logo acima da zona de convecção. Uma propriedade muito conhecida da física é que partículas carregadas em movimento criam um campo magnético, e o plasma se movendo para cima e para baixo na região convectiva do Sol, portanto, faz exatamente isso.
Acima da superfície do Sol, o campo magnético atua como uma rede gigantesca, varrendo as partículas subatômicas emitidas pelo Sol e acelerando-as, como uma rede de pesca pegando peixes. Ao fazer isso, as partículas empurram um pouco para trás no campo magnético. Uma vez que o magnetismo está ancorado no material do Sol, este atua, ao longo de bilhões de anos, para diminuir a rotação do Sol .
Mas o campo magnético não está ancorado no núcleo. O exterior as camadas ficam mais lentas, mas o núcleo ainda está livre para girar mais rápido. Claro, o atrito vai desacelerar, mas mesmo depois de 4,5 bilhões de anos ele ainda estará girando mais rápido do que a superfície do Sol - uma bola de plasma com quase 300.000 km de diâmetro tem uma quantidade substancial de momento. Eu não estudo o Sol especificamente, mas eu sabia de tudo isso e deveria ter sido capaz de decifrar tudo sozinho. Nunca me ocorreu, mas parece óbvio agora. Ah bem.
Então, de qualquer maneira, isso é muito bacana. Não temos muitas maneiras de estudar o núcleo do Sol, e agora temos um novo que parece muito promissor. A rotação é apenas uma das muitas propriedades do núcleo que podemos aprender sobre o uso desse método. É como uma janela que nos permite ver além dos septilhões de toneladas de plasma no Sol e obter informações sobre as profundezas abaixo.
Temos estudado o Sol há séculos, mas ainda há muito o que aprender sobre ele! É muito bom ter uma nova ferramenta para estudar isso.
