Novas descobertas sobre caudas de cometas estão soprando no vento solar

Engenheiros e cientistas se reuniram em torno de uma tela em uma sala de operações no Laboratório de Pesquisa Naval, em Washington, DC, ansiosos para colocar os olhos nos primeiros dados do STEREO, espaçonave da NASA. Era janeiro de 2007, e os satélites gêmeos STEREO – abreviatura de Solar and Terrestrial Relations Observatory – que haviam sido lançados apenas alguns meses antes, estavam abrindo os olhos de seus instrumentos pela primeira vez. Primeiro: STEREO-B. A tela piscou, mas em vez do vasto campo estelar que eles esperavam, uma mancha branca e perolada – como a asa de um anjo – encheu a moldura. Por alguns minutos de pânico, o astrofísico da NRL Karl Battams se preocupou com o fato de algo estar errado com o telescópio. Então, ele percebeu que esse objeto brilhante não era um defeito, mas uma aparição, e essas foram as primeiras imagens de satélite do cometa McNaught. Mais tarde naquele dia, o STEREO-A retornaria observações semelhantes.

Cometa C / 2006 P1 – também conhecido como Cometa McNaught, nome dado por causa do astrônomo Robert McNaught, que a descobriu em agosto de 2006 – foi um dos mais brilhantes cometas visíveis da Terra nos últimos 50 anos. Ao longo de janeiro de 2007, o cometa se espalhou pelo céu do Hemisfério Sul, tão brilhante que era visível a olho nu, mesmo durante o dia. McNaught pertence a um grupo de cometas, apelidado de Great Comets (ou Grandes Cometas) e conhecido por seu brilho excepcional. Afastando McNaught ainda mais de seus pares, entretanto, estava sua cauda altamente estruturada, composta de muitas faixas de poeira distintas chamadas estrias, que se estendiam a mais de 100 milhões de milhas atrás do cometa, mais do que a distância entre a Terra e o Sol. Um mês depois, em fevereiro de 2007, uma nave espacial da ESA (Agência Espacial Européia) e da NASA chamada Ulysses encontrariam a longa cauda do cometa .

“McNaught foi um grande negócio quando veio porque era tão ridiculamente brilhante e bonito no céu”, disse Battams. “Tinha essas estrias – dedos empoeirados que se estendiam através de uma enorme extensão do céu. Estruturalmente, é um dos cometas mais bonitos que já vimos em décadas ”.

Comet McNaught over the Pacific Ocean in January 2007

O McNaught sobre o oceano pacífico em janeiro de 2007.

Como exatamente a cauda se separou dessa maneira, os cientistas não sabiam. Eles se recordaram de relatos de outro cometa histórico de muito tempo atrás: o Grande Cometa de 1744, que teria se espalhado dramaticamente em seis caudas no horizonte, um fenômeno que os astrônomos não poderiam explicar. Ao desvendar o mistério da cauda de McNaught, os cientistas esperavam aprender algo novo sobre a natureza dos cometas  em geral – e resolver dois mistérios cósmicos em um.

A principal diferença entre estudar cometas em 1744 e 2007 é, obviamente, nossa capacidade de fazer isso a partir do espaço. Além do avistamento espontâneo do STEREO, outra missão, o SOHO da ESA / NASA – o Observatório Solar e Heliosférico – fez observações regulares enquanto McNaught voava ao sol. Os pesquisadores esperavam que essas imagens pudessem conter suas respostas.

illustration of the six-tailed Great Comet of 1744 Uma ilustração do Grande Cometa de seis caudas de 1744, observado antes do nascer do sol em 9 de março de 1744. De Les Comètes, por Amédée Guillemin.

Agora, anos depois, Oliver Price, Ph.D. em ciências planetárias, um estudante do Laboratório de Ciências Espaciais Mullard no Reino Unido, desenvolveu uma nova técnica de processamento de imagens para minerar através da riqueza de dados. As descobertas de Price – resumidas em um artigo publicado recentemente no Icarus – oferecem as primeiras observações de formação de estrias e uma inesperada revelação sobre o efeito do Sol sobre a poeira do cometa.

Os cometas são migalhas cósmicas de gás congelado, rocha e poeira que sobraram da formação do nosso sistema solar há 4,6 bilhões de anos – e, portanto, podem conter pistas importantes sobre o início da história do nosso sistema solar. Essas pistas são destrancadas, como se de uma cápsula do tempo, toda vez que a órbita elíptica de um cometa a aproxima do Sol. O calor intenso vaporiza os gases congelados e libera a poeira que fica por dentro, que flui atrás do cometa, formando duas caudas distintas: uma cauda de íon transportada pelo vento solar – o fluxo constante de partículas carregadas do Sol – e uma cauda de poeira.

Entender como o pó se comporta na cauda – como ele se fragmenta e se aglomera – pode ensinar muito aos cientistas sobre processos semelhantes que formaram poeira em asteróides, luas e até mesmo planetas, em todos esses bilhões de anos que se passaram. Aparecendo como um dos maiores e mais complexos cometas estruturalmente da história recente, McNaught foi um assunto particularmente bom para este tipo de estudo. Seu brilho e alta produção de poeira tornaram muito mais fácil de resolver a questão da evolução de estruturas finas em sua cauda de poeira.

Price começou seu estudo com foco em algo que os cientistas não conseguiram explicar. “Meu supervisor e eu notamos coisas estranhas nas imagens dessas estrias, uma ruptura nas linhas que normalmente seriam limpas”, disse ele. “Eu comecei a investigar o que poderia ter acontecido para criar esse efeito estranho.”

A fenda parecia estar localizada na folha de corrente heliosférica , um limite onde a orientação magnética, ou polaridade, do vento solar eletrificado muda de direção. Isso intrigou os cientistas porque, embora eles saibam há muito tempo que a cauda de íons de um cometa é afetada pelo vento solar, eles nunca viram de fato o vento solar impactar as caudas de poeira antes.

A poeira na cauda de McNaught – comparativa ao tamanho da fumaça de um cigarro – é muito pesada, os cientistas pensaram, para o vento solar controlar. Por outro lado, íons e elétrons minúsculos e eletricamente carregados de uma cauda de íons navegam facilmente ao longo do vento solar. Mas era difícil dizer exatamente o que (e onde) estava acontecendo com a poeira de McNaught porque a cerca de 100 quilômetros por segundo, o cometa estava rapidamente entrando e saindo da visão de STEREO e SOHO.

representação gráfica da folha atual do vento solar

O campo magnético do Sol, que está embutido no vento solar, permeia todo o sistema solar. A folha corrente – onde o campo magnético muda de polaridade – espirala para fora em direção ao equador solar como uma saia ondulada ao redor da cintura de um bailarino.

“Obtivemos ótimos conjuntos de dados com este cometa, mas eles eram de câmeras diferentes em espaçonaves diferentes, que estão em lugares diferentes”, disse Price. “Eu estava procurando uma maneira de reunir tudo isso para obter uma visão completa do que estava acontecendo na cauda.”

Sua solução foi uma nova técnica de processamento de imagens que compila todos os dados de diferentes espaçonaves usando uma simulação da cauda, ​​onde a localização de cada minúsculo grão de poeira é mapeada por condições solares e características físicas (como seu tamanho e idade ou quanto tempo passou que o grão saiu da cabeça, ou coma, do cometa). O resultado final é o que Price apelidou de mapa temporal, que capta informações de todas as imagens tiradas a qualquer momento, permitindo que ele siga os movimentos da poeira.

Os mapas temporais significavam que Price podia observar as estrias se formando ao longo do tempo. Seus vídeos, que cobriram o espaço de duas semanas, são os primeiros a acompanhar a formação e evolução dessas estruturas, mostrando como os fragmentos de poeira saem da cabeça do cometa e colapsam em longas estrias.

Mas os pesquisadores ficaram mais animados ao descobrir que os mapas de Price tornaram mais fácil explicar o estranho efeito que chamou a atenção deles no princípio. De fato, a folha corrente foi a culpada por trás das rupturas na cauda de poeira, quebrando as linhas suaves e distintas das estrias. Durante os dois dias que levaram para todo o comprimento do cometa atravessar a folha corrente, sempre que a poeira encontrou as condições magnéticas variáveis ​​dali, foi sacudida para fora de posição, como se cruzasse uma certa velocidade cósmica turbulenta.

“É como se as penas das estrias estivessem arrepiadas quando atravessaram a folha corrente”, disse o cientista planetário da University College London, Geraint Jones. “Se você imagina uma asa com muitas penas, quando a asa cruza a folha, as extremidades mais claras das penas ficam tortas. Para nós, isso é uma forte evidência de que a poeira é eletricamente carregada e que o vento solar está afetando o movimento dessa poeira ”.

Os cientistas sabem há muito tempo que o vento solar afeta a poeira carregada; missões como Galileu, Cassini e Ulisses observaram esse vento mover poeira eletricamente carregada através do espaço perto de Júpiter e Saturno. Mas foi uma surpresa para eles verem o vento solar afetar grãos de poeira maiores como os da cauda de McNaught – cerca de 100 vezes maior do que a poeira vista de Júpiter e Saturno – porque seriam muito mais pesadas para o vento solar empurrar por aí.

Com este estudo, os cientistas ganham novos insights sobre estes mistérios de longa data. O trabalho acende uma luz sobre a natureza das caudas de cometas estriadas do passado e fornece uma visão crucial para o estudo de outros cometas no futuro. Mas também abre uma nova linha de questionamentos: qual o papel do Sol na formação e no início da história do nosso sistema solar?

“Agora que vemos que o vento solar mudou a posição dos grãos de poeira na cauda de McNaught, podemos perguntar: poderia ter sido esse o caso no início da história do sistema solar, onde o vento solar também desempenhou um papel na organização da poeira antiga?” Jones disse.

Fonte: NASA

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