MANCHAS SOLARES

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CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - CONVÊNIO 2002-2012 PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD, MANCHAS SOLARES Visualizar Download FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE PLANEJAMENTO DE PESQUISAS Plano Trabalho Progr Cientifico Convenio CRS UNIBEM Download CTA PLANO DE TRABALHO nov 2006 Download

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PÁGINA PRINCIPAL ANOMALIA MAGNÉTICA DO ATLÂNTICO SUL - AMAS

(c) py5aal As manchas solares são áreas escuras da superfície solar na fotosfera, são regiões mais frias e ao seu redor ocorrem surtos magnéticos com intensidade de 0,3 T, que impedem a transferência de calor para a superfície solar, portanto ficam menos cintilantes e aparentemente menos visíveis. A atividade solar pode ser estudada a partir de sua quantidade e dimensões. A sua frequência e quantidade é sujeita a uma periodicidade média de onze anos, chamada de "ciclo solar". Observando-as é percebido uma forma de ''tubo'' no seu fluxo magnético que se forma sob fotosfera. A pressão e densidade na região varia à medida em que locomovem. No momento em que as linhas de fluxo variam e a mancha se desloca em direção à fotosfera aparece uma região com um brilho cerca de 10% menos intenso. As colunas de convecção provindas do interior do Sol sofrem movimentos de rotação, semelhantes à bolhas que se deslocam para cima num caldeirão fervente, assim, o formato de um tubo magnético se torce devida à rotação diferencial. A partir de um certo limite, caso a tensão interna aumente, há movimentos de torção das linhas de campo, e inibição de sua propagação, reduzindo a temperatura por transferência de energia desde o interior do Sol à superfície. Devida à torção das linhas de campo, podem aparecer na superfície duas manchas com polaridade magnética é oposta entre si. Ao observar as ondas de baixa frequência que se propagam pela fotosfera, se nota uma estrutura intrincada no interior das manchas, isto ocorre porque abaixo de si é formado um vórtice giratório que concentra as linhas de campo, semelhantes à ciclones.

(c)Leithold Ao se apresentar de forma bipolar, as manchas solares têm componentes cujas polaridades magnéticas são opostas (Efeito Zeeman) que consistem no desdobramento das raias espectrais devido o campo magnético. É possível determinar a intensidade e polaridade das manchas e seu número polaridade predominante varia a cada ciclo e se inverte a cada 22 anos, formando um segundo ciclo.

MANCHAS SOLARES E CICLOS SOLARES

(c)Leithold Como a atividade magnética na região é intensa, esta inibe a convecção, cujas temperaturas superficiais são mais baixas. Embora emitam bastante luz e suas temperaturas girem em torno de 4.000-4.500 K, o contraste com a região circunvizinha, em torno de 5.778 K dá a impressão, ou ilusão óptica de que as manchas são bem mais escuras do que a superfície que as rodeiam. Para se ter uma idéia da ilusão, a luz emitida das regiões internas é mais brilhante que um arco voltaico. Desde 1979, as medidas são obtidas por sondas espaciais. Observando-se as medidas e fotos, se nota que ao serem mais escuras, seria natural supor que haveria menos emissão de radiação. Entretanto, nas áreas circunvizinhas se observa um maior brilho, o que indica mais mais manchas.

(c)Leithold O Sol, em sua luminosidade total se torna mais radiante, embora a variação observada seja muito pequena, cerca de 0.1%. Este valor somente foi possível após as medidas efetuadas a partir da década de 1980. O chamado ''efeito Wilson'' mostra que as manchas solares são depressões na superfície do Sol, e usando o ''efeito Zeeman'' nas observações, percebe-se que estas vêm aos pares , ou casais, com polaridade magnética oposta. De ciclo a ciclo, as polaridades (com respeito à rotação solar) de manchas se deslocam entre norte sul ao sul norte. Aparecem geralmente aos grupos. Observações recentes do obervatório solar (SOHO) que estuda as ''ondas'' que se propagam através da fotosfera, revelam muitas vezes uma detalhada estrutura interna abaixo das manchas mostra que há uma estrutura energética poderosa debaixo de cada mancha, dando forma de vortex que gira, concentra e alinha o campo magnético. As Manchas Solares, muitas vezes têm estruturas muito parecidas com tempestades ou furacões terrestres. George Ellery Hale, define que os campos magnéticos e as manchas solares estão intrinsicamente ligados e que o período do ciclo magnético é 22 anos, cobrindo duas reversões polares do dipolo do campo magnético.

(c)Leithold Horace W. Babcock propôs um modelo qualitativo para a dinâmica das camadas exteriores do Sol, neste, o comportamento é descrito pela lei de Spörer,onde os efeitos, em geral são devido aos campos magnéticos que são torcidos pela rotação do Astro. As ''manchas solares'' chamadas em inglês Sunspots, estão relacionadas à atividade magnética intensa tal como os laços e a reconecção coronal. Já foram observados fenômenos similares em estrelas chamados geralmente starspots. Os números de manchas têm sido registrados desde 1.700 d.C. e estimados até aproximadamente 11.000 a.C. Os ciclos solares têm uma variação nos máximos e mínimos, a tendência atual aponta para picos ascendentes. A última atividade mapeada similar à atual remonta de 8.000. Embora os detalhes da geração de manchas sejam ainda matéria da pesquisa, sabe-se que são as contrapartes visíveis dos estruturas em forma de tubos magnéticos do fluxo na zona convectiva que formam estruturas que parecem “feridas” na superfície, ocasionadas pela rotação diferencial. Se o stress nos referidos tubos de fluxo alcançar um certo limite, ondulam para cima e formam uma faixa (Como se fosse uma borracha.) e puncionam a superfície. Nos pontos de punção, a convecção é inibida, e o fluxo da energia diminui, e a temperatura de superfície também.

(c)Leithold Nas manchas solares observa-se umbra (temperaturas em torno de 2.200°C), e penumbra (temperaturas em torno de 3.000°C). As linhas de campo magnético podem se repelir, fazendo as manchas se dispersar rapidamente. Sua duração é aproximadamente duas semanas. No início de um ciclo, as manchas tendem a aparecer nas latitudes mais elevadas e movem-se para o equador ( Lei de Spörer), e a observação do chamado ''diagrama borboleta'' demonstra o comportamento previsto. Os ciclos de aparecimento das manchas dura em média onze anos, e o seu ponto de atividade mais elevada é chamado máximo solar, por conseqüência, o ponto da atividade mais baixa é o mínimo solar. O período de 11 anos é ligado a uma variação no campo magnético total solar que muda sua polaridade. A variação da propagação de radiofreqüência ocorre quando as ondas de rádio são afetadas por variações na atmosfera superior, devido principalmente ao Sol. Este propicia condições variáveis da ionização na região chamada ionosfera. Além de influir na quantidade de elétrons livres no meio como um todo. O "trajeto" da RF é uma consequência direta de fatores como a quantidade e intensidade das "chamas solares", tempestades geomagnéticas, alterações das camadas ionosféricas, e eventos de ejeção de massa coronal. As ondas de rádio com diferentes freqüências se propagam de maneiras diversas. A interação da RF naquelas regiões torna mais complexa a previsão e análise do fenômeno que tem uma forte ligação com o clima espacial. As perturbações súbitas que são causadas pelo Sol geram alterações significativas principalmente quando os raios-X associados a uma labareda solar ionizam a camada D, e esta “absorve” fortemente a RF propagada em si.

Na figura acima estão representados os ciclos solares dos últimos 11.000 anos (Fonte:NASA)

(c)Leithold O ciclo de manchas solares se comporta ultimamente de forma anômala, em 2008, o Sol experimentou uma baixa em sua atividade e não foram observadas manchas solares em 266 dos 366 dias do ano, cerca de 73%. Somente em 1913, foram registrados 311 dias sem manchas. Segundo razoável parcela de físicos espaciais, sobretudo da NASA e da ESA, o ciclo solar atingiu o mínimo em 2008, e a quantidade de manchas solares para 2009, aparentemente, terá um mínimo mais acentuado. Até 31 de março de 2009 não foram observadas manchas solares em 78 dos 90 dias, cerca de 87% e segundo Dean Pesnell, pesquisador da NASA, tudo aponta para um mínimo solar muito profundo. As manchas solares podem ser vistas como verdadeiras “ilhas magnéticas” na superfície do Sol, são fontes de chamas solares, com ejeções massas coronais e radiações intensas, sobretudo nos comprimentos de ondas ultravioletas e raios-X.

Na figura acima estão representados 400 anos de ciclo solar (Fonte: NASA)

(c)Leithold Schwabe construindo gráficos sobre a quantidade de manchas solares, observou que os picos de intensidade na atividade solar eram seguidos sempre por vales de calma relativa, seguindo um ciclo de aproximadamente onze anos, desde o primeiro já se passaram 23 completos, atualmente, o Sol está no final do ciclo 23 e início do ciclo 24 e muitos cientistas já consideram o ciclo 24 iniciado. Em 2008 a pressão do vento solar foi a mais baixa dos últimos 50 anos. As medidas tomadas pela nave espacial Ulysses revelaram uma queda de 20% desde meados da década de 1990. O ponto mais baixo registrado desde o início da tomada de dados ocorreu na década de 1960.

Na figura acima estão representados os ciclos 21, 22 e 23 (Fonte: NASA)

Uma das conseqüências do vento é o afastamento dos raios cósmicos galácticos para fora do sistema solar interno. Não obstante, com a sua agitação, ocorrem fortes movimentos da magnetosfera terrestre e aqueles raios e diversos tipos de partículas adentram nas zonas de baixa intensidade e atingem a alta atmosfera da Terra. Isto incrementa a radiação em grandes altitudes, e consequentemente aumenta a ionização. Desta forma, os aeronautas intercontinentais e astronautas podem sofrer os efeitos das radiações espaciais. Quando o vento solar é menos intenso, diminui a quantidade e intensidade das tormentas geomagnéticas, as auroras austral e boreal reduzem em suas aparições, também diminui a absorção da RF e a densidade iônica da alta atmosfera. Foi observado um mínimo com 12 anos de duração da "radiância" solar através de medidas tomadas por várias sondas espaciais da NASA, da ESA, dentre outras agências e centros de pesquisas. Foi notada também a redução de intensidade luminosa solar em torno de 0,02% nos comprimentos de onda da luz visível e cerca de 6% em longitudes de onda na região do ultravioleta extremo, isto, desde o mínimo solar em 1996. Assim, acreditam alguns cientistas que isto indica que o curso do aquecimento global poderá se alterar, não se sabe ainda, em que intensidade. Contudo, presumem-se efeitos secundários importantes. A atmosfera superior da Terra, por exemplo, recebendo menos energia do Sol estaria com uma espessura menor, isto aproxima a ionosfera da superfície do planeta, consequentemente dificulta algumas condições de reflexão das ondas de rádio e aumenta o ruído de fundo, ou o “som de cachoeira” que é captado por receptores de rádio, sobretudo em HF (Alta frequência)

Os satélites em órbitas terrestres baixas, devida redução de espessura da atmosfera-ionosfera, aparentemente estão experimentando uma menor resistência atmosférica, logo diminui o arraste orbital, isto contribui para aumentar a sua vida útil, mas, também há a possibilidade do “lixo espacial” permanecer mais tempo em órbita, aumentando assim a probabilidade de choques com artefatos espaciais. Depois da Segunda Guerra Mundial, os astrônomos começaram a documentar a intensidade da radiação solar em diferentes comprimentos de ondas, a leitura do fluxo solar em 10,7 cm passou a ser observado no início da década de 1950. Atualmente, utilizando radiotelescópios nota-se que este está mais tênue desde 1955. Cientistas espaciais presumem que a redução das emissões de rádio indica uma debilidade do campo magnético total do Sol, embora não se saiba exatamente a fonte de emissão em seu interior. Físicos espaciais da NASA debatem a possibilidade de que o mínimo em curso prenuncia uma forte cadeia de máximos solares intensos no futuro. Sabe-se que cinco dos dez ciclos solares de maior intensidade registrados, ocorreram durante os últimos 50 anos, por isto, a comunidade “tecnológica” está “estranhando” a quietude atual do Sol. Os mínimos solares de 1901 e de 1913, por exemplo, foram muito maiores que os que os atuais. Para se ter uma idéia, para igualar aqueles mínimos em termos de profundidade e longevidade, o atual deveria durar pelo menos mais um ano. De certa forma, esta calma é observada tecnologicamente com bastante interesse, pois é a primeira vez que existem artefatos específicos no espaço para o seu estudo, a exemplo do Observatório Solar e Heliosférico (SOHO), das sondas gêmeas STEREO, e pelas cinco sondas THEMIS, dentre outras. As medições do vento solar, dos raios cósmicos, da radiância e os campos magnéticos, mostram que o mínimo solar está, atualmente, muito mais interessante do que o esperado, pois podemos “ler” a ionosfera de uma forma bastante genérica e estável.

Figura acima mostra uma previsão da NASA para os Ciclos 24 e 25

Apesar do aumento de sistemas de monitoramento, a tecnologia atual não é capaz de predizer o que ocorrerá no futuro quanto à atividade do Sol, pois, os modelos propostos não estão dando conta das previsões de mínimo solar e da atividade solar como um todo, ou seja, tudo o que se fala sobre prognósticos acaba por ser contradito após alguns meses, ou semanas mesmo. O comportamento anômalo do Astro Rei, está gerando um grande erro de previsão de quando ocorrerá o próximo máximo solar. Ainda, seguindo a tabulação dos ciclos anteriores de manchas solares, acredita-se que começarão a se manifestar com aumento de intensidade e freqüência no final de 2009, contudo, em 2008 muitos físicos solares “previam” tal efeito ocorreria no início de 2009, contudo, utilizando outros tipos de ferramentas computacionais de análise estatística, os mesmos estudiosos atualmente prevêem que “possivelmente o aumento de atividade solar ocorrerá para finais de 2009”. Apesar das observações efetuadas por todo um aparato tecnológico avançadíssimo, ninguém, devidas condições anômalas atuais, consegue formular um modelo matemático preciso do comportamento futuro do Sol.

REFERÊNCIAS

Mossman, J. E., A comprehensive search for sunspots without the aid of a telescope, 1981-1982

Royal Astronomical Society, Quarterly Journal (ISSN 0035-8738), vol. 30, March 1989, p. 59-64. [http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1989QJRAS..30...59M&db_key=AST&page_ind=1&data_type=GIF&type=SCREEN_VIEW&classic=YES]

Strassmeier, K. G., Sponsored by the Austrian Science Foundation FWF S-7301AST and S-7302AST; Institut für Astronomie, Universität Wien, Türkenschanzstraße 17, A-1180 Wien, Austria; "starspots vary on the same (short) time scales as Sunspots do", "HD 12545 had a warm spot (350 K above photospheric temperature; the white area in the picture)"

Sunspot index graphics, Solar Influences Data Analysis Center (retrieved 27 September 2007).

Solanki, S.K.; Usoskin, I.G., Kromer, B., Schüssler, M. and Beer, J. (2004). "Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years". Nature 431 (7012): 1084–1087. doi:10.1038/nature02995. PMID 15510145. http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/pubs/solanki2004/solanki2004.html.

"Solar Forcing of Climate". Climate Change 2001: Working Group I: The Scientific Basis.http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/244.htm. Retrieved 2005-03-10.

Weart, Spencer (2006). "The Discovery of Global Warming". in Weart, Spencer. American Institute of Physics. http://www.aip.org/history/climate/index.html. Retrieved 2007-04-14.

Wilson, Ian. Do periodic peaks in the planetary tidal forces acting upon the Sun influence the sunspot cycle?. http://heliogenic.blogspot.com/2008/12/new-paper-from-ian-wilson.html. Retrieved October 07 2009.

Phillips, Dr. Tony (09.03.2009). "Are Sunspots Disappearing?". http://science.nasa.gov/headlines/y2009/03sep_sunspots.htm.

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