Por que os Polos São Importantes

A princípio, os polos do Sol parecem calmos em comparação com as latitudes médias ao redor de ±35°, onde manchas solares, erupções solares e ejeções de massa coronal (CMEs) dominam. Mas as aparências enganam. Os campos magnéticos nos polos são vitais para o processo global de dínamo do Sol e podem atuar como “campos-semente” que moldam o próximo ciclo solar, definindo a estrutura magnética solar geral. Dados da sonda Ulysses mostraram que o vento solar rápido se origina principalmente de vastos buracos coronais próximos aos polos. Portanto, compreender essas regiões é fundamental para responder a três das perguntas mais importantes na física solar:

1. Como funciona o dínamo solar e como ele impulsiona o ciclo magnético?

O ciclo magnético do Sol é um padrão que se repete a cada 11 anos, marcado por flutuações no número de manchas solares e uma reversão completa dos polos magnéticos do Sol. Esse processo é impulsionado por um complexo mecanismo de dínamo alimentado pelo movimento interno do Sol. A rotação diferencial produz atividade magnética, enquanto a circulação meridional transporta o fluxo magnético em direção aos polos. No entanto, décadas de estudos helioseisísmicos revelaram informações conflitantes sobre como esses fluxos se comportam profundamente dentro da zona de convecção. Algumas evidências apontam até para fluxos em direção ao polo na base da zona, desafiando as teorias de dínamo tradicionais. Observações de altas latitudes são necessárias para esclarecer esses padrões de fluxo interno e refinar os modelos existentes.

2. O que impulsiona o vento solar rápido?

O vento solar rápido — um fluxo supersônico de partículas carregadas — se origina principalmente nos buracos coronais polares do Sol e preenche a maior parte do heliosfera, moldando as condições no espaço interplanetário. No entanto, os cientistas ainda não compreendem completamente como ele se inicia. Ele emerge de plumas densas dentro dos buracos coronais ou das regiões mais difusas entre eles? Eventos de reconexão magnética, interações de ondas ou ambos são responsáveis por acelerar o fluxo? Apenas imagens diretas dos polos e medições in situ podem resolver essas perguntas duradouras.

3. Como os eventos de clima espacial se espalham pelo sistema solar?

O clima espacial refere-se a mudanças no vento solar e erupções solares que perturbam o ambiente espacial. Eventos extremos, como erupções poderosas e CMEs, podem desencadear tempestades geomagnéticas e ionosféricas na Terra, criando auroras deslumbrantes, mas também ameaçando satélites, sistemas de comunicação e redes elétricas. Para melhorar as previsões, os pesquisadores devem acompanhar como o material solar e as estruturas magnéticas evoluem pelo Sol e pelo espaço, não apenas da perspectiva limitada do plano orbital da Terra. Observar de fora da eclíptica forneceria uma vista crucial de cima para baixo, ajudando os cientistas a rastrear como as CMEs e outras perturbações viajam pelo sistema solar.

Esforços Passados

Os cientistas há muito reconhecem a importância das observações solares polares. A missão Ulysses, lançada em 1990, foi a primeira espaçonave a sair do plano eclíptico e amostrar o vento solar sobre os polos. Seus instrumentos in situ confirmaram propriedades-chave do vento solar rápido, mas careciam de capacidade de imagem. Mais recentemente, a sonda Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia tem se movido gradualmente para fora do plano eclíptico e deve alcançar latitudes em torno de 34° nos próximos anos. Embora isso represente um progresso notável, ainda está longe do ponto de vista necessário para uma verdadeira visão polar.

Uma série de conceitos de missões ambiciosas foram propostos ao longo das últimas décadas, incluindo o Solar Polar Imager (SPI), a Investigação POLAR do Sol (POLARIS), o Telescópio Solar Polar (SPORT), a missão Solaris e a Missão de Alta Inclinação Solar (HISM). Algumas dessas missões imaginavam usar propulsão avançada, como velas solares, para alcançar altas inclinações. Outras confiavam em ajudas gravitacionais para inclinar gradualmente suas órbitas. Cada uma dessas missões levaria tanto instrumentos de sensoriamento remoto quanto in situ para imagear os polos do Sol e medir parâmetros físicos-chave acima deles.

A Missão SPO

O Observatório Solar em Órbita Polar (SPO) foi projetado especificamente para superar as limitações das missões passadas e atuais. Programado para lançamento em janeiro de 2029, o SPO usará uma assistência gravitacional de Júpiter (JGA) para desviar sua trajetória para fora do plano eclíptico. Após várias passagens pela Terra e um encontro cuidadosamente planejado com Júpiter, a espaçonave se estabilizará em uma órbita de 1,5 ano com um periélio de cerca de 1 UA e uma inclinação de até 75°. Em sua missão estendida, o SPO poderá subir a 80°, oferecendo a visão mais direta dos polos já alcançada.

A vida útil de 15 anos da missão (incluindo um período de missão estendida de 7 anos) permitirá cobrir tanto o mínimo quanto o máximo solar, incluindo o período crucial em torno de 2035, quando o próximo máximo solar e a esperada reversão do campo magnético polar ocorrerão. Durante toda a vida, o SPO passará repetidamente sobre ambos os polos, com janelas de observação em altas latitudes prolongadas que durarão mais de 1000 dias.

A missão SPO visa avanços nas três questões científicas mencionadas acima. Para atender a seus objetivos ambiciosos, o SPO transportará um conjunto de vários instrumentos de sensoriamento remoto e in situ. Juntos, eles fornecerão uma visão abrangente dos polos do Sol. Os instrumentos de sensoriamento remoto incluem o Imager de Campo Magnético e Helioseismológico (MHI) para medir campos magnéticos e fluxos de plasma na superfície, o Telescópio de Ultra Violeta Extrema (EUT) e o Telescópio de Imagem de Raios-X (XIT) para capturar eventos dinâmicos na atmosfera superior solar, o CORonógrafo de Luz Visível (VISCOR) e o CORonógrafo de Grande Ângulo (VLACOR) para rastrear a coroa solar e os fluxos de vento solar até 45 raios solares (a 1 UA). O pacote in situ inclui um magnetômetro e detectores de partículas para amostrar diretamente o vento solar e o campo magnético interplanetário. Combinando essas observações, o SPO não apenas capturará imagens dos polos pela primeira vez, mas também os conectará aos fluxos de plasma e energia magnética que moldam o heliosfera.

O SPO não operará isoladamente. Espera-se que trabalhe em conjunto com uma crescente frota de missões solares. Estas incluem a Missão STEREO, o satélite Hinode, o Observatório de Dinâmica Solar (SDO), o Espectrógrafo de Imagem da Região Intermediária (IRIS), o Observatório Solar Avançado em Órbita Espacial (ASO-S), o Solar Orbiter, a missão Aditya-L1, a missão PUNCH, bem como as próximas missões L5 (por exemplo, a missão Vigil da ESA e a missão LAVSO da China). Juntas, essas ferramentas formarão uma rede de observação sem precedentes. O ponto de vista polar do SPO fornecerá a parte que falta, possibilitando uma cobertura quase global de 4π do Sol pela primeira vez na história da humanidade.

Perspectivas Futuras

O Sol é nossa estrela mais próxima, mas muito sobre ele permanece desconhecido. A próxima missão do Observatório Solar em Órbita Polar (SPO) deve mudar isso, proporcionando aos cientistas uma visão sem precedentes das regiões polares do Sol. Essas áreas, que por muito tempo estiveram escondidas de vista direta, logo serão observadas em detalhes, oferecendo novos insights sobre as forças que moldam nossa estrela e sustentam a vida na Terra.

A importância do SPO vai muito além da mera curiosidade científica. Ao melhorar o conhecimento do dínamo solar, a missão pode levar a previsões mais precisas do ciclo solar e, por sua vez, a previsões mais confiáveis do clima espacial. Compreender como o vento solar rápido se forma e se comporta também refinaria modelos do heliosfera, que são vitais para a engenharia de espaçonaves e a segurança dos astronautas. O mais significativo é que os avanços no rastreamento da atividade solar podem fortalecer nossa capacidade de proteger tecnologias críticas, incluindo satélites de navegação e comunicação, sistemas de aviação e redes elétricas na Terra.