O Sol

O sol é uma estrela.

E essa é uma afirmação que não é imediatamente tão óbvia.

Esses pequenos pontos de luz no céu noturno são bonitos, mas não se parecem nada com a quente e flamejante jóia que ilumina os nossos dias.

Foi um grande salto intelectual compreender que o Sol e as estrelas são apenas formas diferentes de um mesmo tipo de objeto.

A única diferença é que o Sol está perto, mas as estrelas estão muito, muito longe, logo elas são mais tênues.

Logo de cara, vamos remover um equívoco:

Muitas pessoas dizem que o Sol é uma estrela mediana em seu tamanho. Outras dizem que ele ridiculamente pequeno!
Porém isso não é justo. Claro, ele está no meio em relação ao tamanho médio das estrelas, mas a maioria das estrelas são tênues anãs vermelhas, muito menores que o Sol.

Por tamanho e quantidade, o Sol está entre as 10% maiores estrelas da galáxia!

Em nosso sistema solar, ele claramente é o objeto dominante: mais claro, mais massivo e mais influente que qualquer outra coisa.

Mas, o que sol é?

O sol é, essencialmente, uma bola gigante incandescente de (predominantemente) gás hidrogênio.

Ele tem 1,4 milhões de kilômetros de diâmetro - diâmetro maior que 100 vezes o da Terra, grande o suficiente para que 1 milhão de Terras coubesse dentro dele.

E ele é massivo: 300,000 vezes mais massivo que a Terra, um estonteante 2 octilhões de toneladas de gás.

Mas se quisermos realmente compreender o Sol, devemos olhar para o seu coração (Core).
A pressão atmosférica é esmagadores 260 bilhão de vezes a da Terra, e causticantes 15 milhões de graus Celsius.

Nestas condições, o hidrogênio está completamente ionizado, que significa que os eléctrons em seus átomos são arrancados de seus prótons.

Isto faz com que o núcleo seja uma densa sopa de partículas subatômicas ultraquentes.

Na realidade, os prótons são prensados tão fortemente pelas octilhões de toneladas de massa que há sobre eles que algo incrível acontece: Eles fundem-se.

Através de uma série complicada de eventos, os átomos de hidrogênio fundem-se formando o elemento mais pesado hélio.

Neste processo, parte da energia nuclear armazenada nestes átomos é liberada.

Essa quantidade de energia é descrita pela famosa equação de Einstein E=mc², que indica que massa pode ser convertida em energia e vice-versa.

Átomos são minúsculos, apesar de que cada átomo de hélio criado no núcleo solar gere apenas uma pequena fração de energia... muitos átomos de hélio são criados. MUITOS!

Observe:

A cada segundo de cada dia, o Sol converte 700 milhões de toneladas de hidrogênio em 695 milhões de toneladas de hélio.

As 5 milhões de toneladas - com peso equivalente à 15 prédios do Empire State -- são convertidas em energia, e isso é muita energia.

Suficiente para fazer funcionar uma estrela.

Essa energia é equivalente à detonação de 400 bilhões de bombas atômicas de 1 megaton a cada segundo.

Isso é milhões de vezes o arsenal atômico do nosso planeta. A cada segundo.

E isto é o porquê, mesmo a distância de 150 milhões de quilômetros, o Sol é tão brilhante que você não deve nem mesmo olhá-lo diretamente.

Mesmo dessa distância, o seu calor pode ser sentido em tua pele quando você está ao ar livre.

A fusão do hidrogênio ocorre no núcleo do Sol.

A energia liberada aquece o gás acima do núcleo, mas não o suficiente para fundir hidrogênio em hélio.

Mais distante do centro do Sol o gás torna-se menos denso, e em algum momento o calor despejado do interior torna o gás flutuante: ele se eleva, do mesmo modo que uma balão de ar quente se eleva na Terra.

Este processo é chamado de convecção, e é uma maneira eficaz de se transferir calor.

Imensas colunas de gases quentes ascendentes alongam-se por centenas de milhares de quilômetros, trazendo o calor interno do Sol à superfície.

O gás então se arrefece e afunda novamente para o interior. Nós podemos ver o topo dessas colunas, empilhadas juntas através da superfície solar.

Acima da camada de convecção há uma camada muito mais fina e fria muito próxima a superfície solar chamada de fotosfera, ou literalmente esfera luminosa.

Aqui é onde a densidade do material do Sol torna-se delgado o suficiente para tornar-se transparente.

A luz pode brilhar através dele.

Neste ponto, a energia do interior do Sol está livre para viajar através do espaço.

É esta luz que vemos ao olharmos para o Sol.

O Sol é um gás e não possui uma superfície sólida, mas os gases da fotosfera atenuam-se tão rapidamente comparado ao gigantesco tamanho do Sol que pode-se pensar nela como a superfície solar.

E há uma camada final além dela: A etereamente fina corona, algo como a atmosfera solar.

Ela é menos que 1% densa quanto a fotosfera, porém muito mais quente, temperaturas ali podem alcançar a mais de 1 milhão de graus!

Entretanto, ela é tão fina e dispersa que possui um brilho incrivelmente fraco, qual só pode ser observado durante um eclipse total, ou utilizando-se de telescópios especiais que bloqueiam a intensa luz do corpo solar.

A corona expande-se por milhões de quilômetros.

E de certa maneira ela realmente não termina.

A corona mistura-se ao que é chamado de vento solar, uma torrente de partículas subatômicas movendo-se contrariamente ao Sol.

Ventando para todas as direções, mas concentrado ao longo do equador solar.

A velocidade deste vento é de cerca de 1 milhão de quilômetros por hora - sim, é sério - e pode alcançar velocidades ainda muito mais altas que esta.

Quando hidrogênio funde-se em hélio no núcleo solar, a energia é liberada em forma de luz.

Esta luz imediatamente choca-se em uma partícula subatômica, que a absorve, converte parte minúscula dessa energia em movimento, e  re-emite a luz com um pouco menos de energia.

A luz viaja desta maneira no interior do Sol, perdendo energia a cada vez em que encontra uma partícula, até que eventualmente ela atinge a superfície, e torna-se livre para viajar através do Universo como um fóton de energia muito menor de luz visível.

Então, quanto tempo dura este processo?

Já vi várias estimativas diferentes para isso, algumas tão grandes quanto 1 milhão de anos.

Mas muitos destes cálculos não modelam as condições no interior do Sol de forma apropriada.

Por exemplo, elas não levam em consideração a quantidade de gás em convecção por centenas de milhares de quilômetros.

Cálculos mais recentes demonstram que leva cerca de 1 à 200.000 anos para a luz sair do núcleo.

Ainda é um tempo muito longo: A luz qual você avista do Sol agora formou-se no núcleo do Sol durante o período qual o Homo sapiens apareceu na África pela primeira vez!

A superfície do Sol é, para por de uma forma amena, uma bagunça.

E a chave para esta bagunça é o magnetismo.

Estive dizendo que o Sol é formado por gases, mas isto não é muito correto.

O campo magnético do Sol

É tão quente no interior do Sol que os eléctrons são arrancados de seus átomos de origem, criando o que é chamado de plasma, uma sopa gasosa de partículas ionizadas.

Iremos aprender mais sobre isso em um artigo mais adiante.

Mas, o que é importante agora é o fato de que cargas elétricas em movimento geram um campo magnético.

O interior do Sol é essencialmente apenas partículas ionizadas em movimento.

Convecção, aliada a rotação do Sol, cria rios de jatos de plasma no interior do Sol, cada um gerando e portando seu próprio campo magnético.

Quando este plasma alcança a superfície solar, seus campos magnéticos também alcançam.

Talvez você tenha visto aqueles arcos de magnetismo dando voltas ao redor de uma barra magnética quando ela afeta pedaços de ferro em uma folha de papel.

O campo magnético solar são assim, exceto que há zilhões deles por toda a superfície solar, onde eles podem interagir e até mesmo se entrelaçarem.

Quando o plasma alcança a superfície, ele se arrefece.

Mas quando os campos magnéticos se entrelaçam, eles impedem o plasma de submergir novamente para o interior do Sol, como o nó de um cadarço o previne de passar através do orifício de seu sapato.

Mancha solar, Erupção Solar e a Corona do Sol

O plasma brilha por ser quente, mas conforme ele se arrefece seu brilho enfraquece.

Ele permanece na superfície, enfraquecendo-se, produzindo uma mancha negra na superfície do Sol, a qual chamamos de mancha solar - Sunspot, veja abaixo:
Manchas solares podem ser enormes.

Elas geralmente são maiores que todo o planeta Terra, e algumas são tão grandes que podem serem vistas sem a utilização de um telescópio (desde que você esteja utilizando uma proteção ocular adequada, claro).

Próximo às bordas das manchas solares, as linhas dos campos magnéticos estão concentradas.

Isto pode energizar o plasma ainda mais, aquecendo-o.

Isto cria uma margem brilhante ao redor das manchas solares chamada de faculae (Latin para "tocha pequena").

As partes escuras das manchas solares diminuem o brilho médio do Sol, mas as faculae podem ser tão intensas que elas compensam isto e adicionam ainda mais brilho.

Ironicamente, manchas solares aumentam a quantidade de energia emitida pelo Sol.

Plasma na superfície solar pode fluir através destes campos magnéticos também.

Isto pode criar arcos gigantescos de um material chamado de proeminência solar ou filamentos, alongando-se por centenas de milhares de quilômetros através da superfície solar, parecendo-se com arcos flamejantes.

Nós acreditamos que estes campos magnéticos estão transmitindo energia da superfície solar à corona, e por isso ela é tão quente.

Não está elucidado de que maneira isto acontece, mas cientistas estão seguindo várias pistas agora.

Este mistério de longa data pode ser resolvido em breve.

Campos magnéticos no Sol também possuem uma grande quantidade de energia armazenada neles.

Você pode pensar neles como sendo molas muito duras e comprimidas.

Mas lembrem-se, estas linhas magnéticas enrolam-se.

Se as condições forem favoráveis, elas podem arrebentar-se, essencialmente criando um curto-circuito gigantesco.

Quando isto acontece, toda aquela vasta energia armazenada nas linhas explode para fora de uma única vez em um evento que chamamos de erupção solar (Flare).
Mesmo uma erupção solar mediando é algo incompreensivelmente poderoso; tão grande quanto a liberação de 10% de toda a capacidade energética do Sol.

Esta explosão libera luz de alta energia e lança material da superfície do Sol em alta velocidade, arremessando-as no espaço interplanetário.

Outro tipo de erupção solar é chamado de Ejeção de Massa Coronal, ou EMC.

Ela é similar à erupção, mas a erupção é como um tornado - intenso e focado - já o EMC é como um furacão, grande e poderoso.

Como erupções, elas formam-se quando linhas magnéticas irrompem, liberando energia, mas ocorrem bem mais alto na superfície solar.

A reação da Terra

Erupções e EMCs ejetam ambas materiais no espaço - bilhões de toneladas na verdade.

Esta explosão de detritos podem atingir a Terra, e quando isso ocorre, podem haver efeitos profundos.

Nossa atmosfera absorve a luz de alta energia nos protegendo.

As partículas subatômicas também são geralmente defletidas pelo campo magnético da Terra, então ficamos bem.

Mas, quando as condições são certas, o campo magnético da Terra pode interagir com as partículas.

Uma quantidade massiva delas são afuniladas em direção à atmosfera terrestre próximo aos polos, fazendo com que o ar brilhe.

Isto é aquilo que chamamos de aurora, ou aurora boreal (Polo-Norte) ou aurora austral (Polo-Sul).
Dependendo da forma do campo magnético, as auroras podem formar laços e camadas multicoloridas espetaculares.

Nem todos os efeitos são benignos. Conforme os campos magnéticos interagem, eles podem induzir correntes elétricas muito poderosas na crosta terrestre.

Isto pode sobrecarregar linhas de força causando apagões; em 1989 Quebec(Canada) sofreu um blecaute massivo devido uma tempestade solar.

A primeira tempestade a ser detectada foi em 1859, e também foi a mais poderosa já vista.

Se um evento como aquele fosse acontecer hoje, ele poderia causa blecautes mundiais e potencialmente causar muitos danos.

A parte elétrica dos satélites seriam fritas também, e nós dependemos destes satélites para a nossa civilização moderna.

Na verdade, em 2012, uma gigantesca tempestade, provavelmente igual à de 1859 explodiu no Sol... em outra direção, não acertando a Terra.

Se ela tivesse nos atingido, bem, você provavelmente não lendo este artigo agora.

Nós ainda estaríamos nos recuperando.

E isso é o porquê de estudarmos o Sol ser tão importante. Nós dependemos dele para luz, calor e a base da vida em si, mas ele é completamente capaz de por a nossa sociedade de joelhos.

Compreendê-lo é fundamental para o nosso futuro.

O Sol é o gorila de 2 octilhões de toneladas no meio da sala. Temos que respeitar isso.

Resumindo

Hoje você aprendeu que o Sol é uma estrela, movido à fusão nuclear em seu núcleo.

Plasma incandescente locomove-se dentro do Sol, gerando campos magnéticos, quais podem geram manchas solares, erupções solares e ejeções de massa coronal.

Estes eventos podem gerar auroras na Terra, causarem apagões e danos em satélites.

Continuação:

Planeta Terra

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