Um pequeno sol em uma jarra está lançando luz sobre explosões solares

Ram's Skibba

Seth Putterman começou estudando o comportamento do plasma por motivos de segurança nacional. Mísseis hipersônicos extremamente rápidos aquecem e ionizam o ar circundante e formam uma nuvem de partículas carregadas chamada plasma, que absorve ondas de rádio e dificulta a comunicação dos operadores no solo com os mísseis – um problema que Putterman estava tentando resolver. Então ocorreu a ele: a mesma física de plasma se aplica ao nosso sol.

O cientista da UCLA e seus colegas criaram o que Putterman chama de "nosso sol em uma jarra", uma bola de vidro de 1,2 polegada cheia de plasma, que eles usaram para modelar processos como aqueles que criam explosões solares. São rajadas explosivas de energia, às vezes acompanhadas pela liberação de uma bolha de plasma em alta velocidade que pode causar estragos em satélites em órbita e redes elétricas no solo. “As etapas que estamos tomando influenciarão a modelagem para que possa haver um alerta e determinação de precursores do clima espacial”, diz Putterman, autor sênior de um estudo na Physical Review Letters descrevendo seus experimentos.

O sol é basicamente um redemoinho infernal de plasma feito de partículas de gás eletricamente carregadas em rotação – principalmente elétrons e átomos de hidrogênio despojados de seus elétrons. (O plasma estelar é um pouco diferente do plasma de baixa densidade usado nos reatores de fusão tokamak.) Os pesquisadores há muito procuram entender melhor as explosões solares, especialmente no caso de um pedaço de plasma particularmente grande ser lançado em direção à Terra.

Os experimentos da equipe começaram colocando um pouco de gás de enxofre parcialmente ionizado dentro de um bulbo de vidro e, em seguida, bombardeando-o com micro-ondas de baixa frequência – semelhante ao tipo usado em um forno de micro-ondas – para excitar o gás, aquecendo-o a cerca de 5.000 graus Fahrenheit. Eles descobriram que uma pulsação de 30 kHz das microondas cria uma onda sonora que exerce uma pressão que faz com que o gás quente se contraia. Essa pressão de onda sonora cria uma espécie de "gravidade acústica" e faz com que o fluido se mova como se estivesse dentro do campo de gravidade esférico do sol. (O campo de gravidade do experimento é cerca de 1.000 vezes mais forte que o da Terra.) Isso gera convecção de plasma, um processo no qual o fluido quente sobe e o fluido mais frio e denso desce para o núcleo da bola de vidro. Dessa forma, a equipe se tornou a primeira pessoa na Terra a criar algo semelhante à convecção esférica que normalmente é encontrada no interior de uma estrela.

Seu projeto foi inicialmente financiado pela DARPA, braço de pesquisa avançada do Pentágono, por causa de suas aplicações para veículos hipersônicos. Em seguida, obteve o apoio do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, já que o clima espacial pode interferir em aeronaves e espaçonaves. Mas os astrônomos acham que também pode nos dizer algo fundamental sobre o comportamento do sol. "Acho que o significado real é começar a simular a convecção solar no laboratório e, portanto, obter informações sobre o misterioso ciclo solar do sol", diz Tom Berger, diretor executivo do Centro de Tecnologia, Pesquisa e Educação do Clima Espacial da Universidade do Colorado em Boulder, que não participou do estudo. Berger está se referindo a um ciclo de aproximadamente 11 anos em que a zona de convecção interna do sol de alguma forma fica mais ativa, levando a camada externa, ou coroa, a gerar explosões e explosões de plasma mais frequentes e intensas, chamadas ejeções de massa coronal. É difícil sondar as regiões internas do sol, diz Berger, embora a NASA esteja tentando fazê-lo com uma espaçonave chamada Solar Dynamics Observatory, que usa ondas sonoras para mapear a superfície do sol e fazer inferências sobre o plasma abaixo.

Outros no campo também elogiam a pesquisa de Putterman e seus colegas, mas observam que ela tem limitações. "É um desenvolvimento empolgante e inovador. É feito com inteligência. Sempre foi um desafio simular a dinâmica interna de uma estrela em um laboratório", diz Mark Miesch, pesquisador do NOAA Space Weather Prediction Center e da Universidade do Colorado.