Por que a atmosfera do Sol é muito mais quente que a sua superfície?

O Sol parece extremamente quente (e é), muito mais quente que qualquer lugar no Universo (não é). Mais quente que a superfície terrestre (é), sua superfície é mais quente até que o núcleo terrestre (não é), só que sua superfície é menos quente que sua… atmosfera? Péra, péra! Sol tem atmosfera? Sim, tem. E ela é quente? Não só é quente como é mais quente que a superfície do próprio Sol.

Mas como o Sol pode ter a superfície menos quente que sua atmosfera, e até mesmo mais fria (eu não disse "fria" e sim "mais fria") que o núcleo terrestre? Hoje é sábado, mas todo dia é dia do Livro dos Porquês!

De forma básica e simplista, podemos dizer que o núcleo da Terra é quente por 3 motivos:

1) O calor de quando o planeta foi formado ainda não foi perdido. Durante a acreção (processo em que pó e pequenos asteroides vão "montando" um planeta) o planetoide vai ficando muito quente por causa dos contínuos choques com asteroides, cometas etc. Graças ao calor específico do material nas profundezas da Terra. O magma é rocha (quase) no estado líquido. Sua temperatura fica entre 700 e 1000ºC, oque dá para garantir um churrasquinho maneiro. Quanto mais pra baixo, mais quente. A cada

Abaixo do manto, onde fica o magma, tem uma camada de níquel e ferro (não por acaso é chamado de Nife). Esta camada está fundida, só não recebe dinheiro nenhum, logo, não está paga. Como este fluido está superaquecido, forças de convecção fazem-no girar, juntamente com o núcleo, núcleo mesmo, que é uma imensa bola de ferro sólido, com cerca de 1.200 km de raio. O movimento de rotação destas duas camadas fazem aparecer o campo magnético da Terra.

Ei, peraí! Como pode ter uma imensa bola de ferro sólido lá no meião da Terra se é tão quente e o ponto de fusão do ferro é de ridículos 1.538 °C?

Por causa da imensa pressão que aquela boçal quantidade de toneladas de rocha exerce, que fica entre cerca de 330 a 360 gigapascals (imagine algo como 3,6 x 106 vezes maior que a pressão atmosférica ao nível do mar). Eu até mencionei sobre a ação da pressão sobre líquidos no artigo sobre Supersaturação.

2) Aquecimento de atrito, provocado pelo material mais denso que está indo em direção ao núcleo. Se vc pegar bolinhas de diferentes massas, colocar num potão grande com areia e ficar sacudindo, verá que quanto mais pesado, mais vai descendo. Só que este movimento gera calor, o que pode não ser notado por você e seu pote, mas estamos falando de toneladas e mais toneladas, indo em direção ao núcleo.

3) O calor do decaimento de elementos radioativos. O manto é repleto de elementos radioativos. A própria Marie Curie percebeu que a superfície do mineral contendo rádio (o elemento e não o dispositivo radiofônico) era mais quente que a temperatura ambiente. Agora imaginem a imensa quantidade de urânio no manto com decaimento radioativo, a temperatura que pode fornecer.

Tudo isso garante uma temperatura do núcleo da Terra de cerca de 6000 ºC. Na superfície do Sol, a temperatura não é isso tudo; é cerca de 4500-5000 ºC. Pouca coisa!

A temperatura da superfície do Sol vem por irradiação do seu interior, já que sua imensa massa esmaga átomos, produzindo fusão nuclear, na qual núcleos de hidrogênio produzem núcleos de hélio, lítio, cálcio, carbono etc. A imensa quantidade de energia liberada é emanada sob a forma de luz (visível e invisível) e calor, pois nenhum sistema é 100% eficiente e o calor é a forma mais desorganizada de energia, já que não podemos direcioná-lo para um determinado ponto, pelo menos não muito facilmente.

O Hinode é uma missão internacional para estudar o Sol. Para alcançar este objetivo, a missão Hinode inclui um conjunto de três instrumentos científicos: um telescópio óptico Solar, um telescópio de raios-X e um espectrômetro para imageamento de ultravioleta extremo.

Ele capta luz de diferentes comprimentos de onda, mas não é a "luz" com a qual você está acostumado. São emanações eletromagnéticas que não são visíveis a nós, toscos seres humanos. Assim, nós só conseguimos ver o Sol como uma grande bola laranja que emana uma fortíssima luz branca-amarelada, só por por alguns minutos, enquanto algum idiota ficar olhando pra ele a olho nu.

Seus instrumentos estudam a geração, transporte e dissipação de energia eletromagnética da fotosfera para o corona (informações sobre elas AQUI) e registra como a energia armazenada no campo magnético do Sol é liberada, gradualmente ou violentamente, como o campo se eleva na atmosfera exterior do Sol .

Recentes pesquisas mostram que a atmosfera do Sol é muito, mas muito mais quente que sua superfície. As informações trazidas pela missão EUNIS – Extreme Ultraviolet Normal Incidence Spectrograph (Espectrógrafo de Incidência Normal de Ultravioleta Extremo) – mostram que pequenas erupções solares acontecem na atmosfera solar, e isso faz com que a temperatura suba muito mais.

Mas que diabo é isso?

O campo magnético solar é gerado pelo movimento do plasma, gases superquentes carregados eletricamente. Como você sabe, porque estudou num colégio que preste, qualquer campo elétrico  em movimento faz produzir um campo magnético. Claro, um campo magnético em movimento faz aparecer corrente elétrica. A corrente elétrica produzida pelo campo magnético em movimento faz aparecer outro campo magnético, e quando estamos falando de toneladas de plasma com altíssima temperatura e alta carga elétrica, podemos imaginar no que isso vai dar, e tudo isso acontecendo na fotosfera. Lá, estruturas semicirculares se abrem na corona e dão pequenas "explosões". Estes "buracos" coronais podem ser vistos em imagens obtidas por sensores de ultravioleta extremo (EUV) e raios-X.

Ah, e use filtro solar!

Essas explosões em pequeníssima escala são chamadas de "nanoflares", e são as responsáveis por fazer da atmosfera do Sol algo um pouquinho mais quente que verão em Salvador. Suas explosões constantes nunca puderam ser detectadas individualmente, mas a NASA é capaz de receber dados a cada 1,3 segundos; o problema é que ainda não se sabe direito por que, essas nanoflares produzem tanto calor.

A missão EUNIS é, nada mais, nada menos que um foguete-sonda, o que diminui bastante o custo do projeto. Ele pode ser usado em missões espaciais de longo prazo, além de ter instrumentos de paraquedas para quando voltar à Terra, para que possam ser recuperados e reutilizados. A missão EUNIS faz uso de um espectrógrafo para entender o que está acontecendo no Sol.

E um espectrógrafo é…?

Espectrógrafo é como um aparelho fotográfico, mas não uma máquina fotográfica comum. Você sabe que o espectro solar (arco-íris, pros íntimos) é formado por 7 cores (bem, não é tão simples assim). Quando um feixe de luz branca passa por um prisma, esse prisma separa as cores faixas próprias. Fraunhofer construiu uma luneta com um prisma e olhava para o Sol para ver o que acontecia. Ele verificou que algumas linhas estavam faltando (as linhas espectrais), onde havia absorção de determinada região do espectro. Fraunhofer inventou o espectrômetro, e você pode até construir um. O espectrógrafo registra e fotografa as linhas espectrais, e essas linhas informam aos cientistas que elementos estão presentes, qual a quantidade destes elementos estão presentes e o que está acontecendo ali.

O espectrógrafo do EUNIS analisa as linhas espectrais na faixa pro lado do ultravioleta bem distante, já que não faz o menor sentido analisar ridículas faixas da luz visível! Entretanto, para poder analisar esta banda sem interferência é preciso que o espectrógrafo esteja no Espaço. O EUNIS digitalizou uma região pré-determinada do Sol para entender de onde vem as explosões das nanoflares. Os pesquisadores analisaram um comprimento de onda de luz correspondente ao de um material de 10 milhões de graus!

Cientista não é cientista se não começar por um palpite, o que chamamos de "hipóteses", até ter um mínimo de fundamento, capaz de ser refutável e que passe por criterioso exame. Aí chamamos "teoria". Teoria não é uma ideia estapafúrdia que tiramos da cavidade retal, sem nenhum nexo ou que não pode ser provado. Nome disso seria "religião", mas vocês sabem disso, não sabem?

Várias teorias foram usadas para explicar como a energia magnética percorrendo a corona é convertida em calor, mas eu só preciso da Segunda Lei da Termodinâmica. A questão MESMO é a quantidade de calor. Para isso, a carga elétrica e magnética teriam que ser bem grandes, encontrando forte resistência. Mas não é só isso!

Aquecimento coronal é um processo dinâmico. O brilho da emissão de raios-X e UV observado é fortemente dependente da densidade do plasma coronal, ou seja, variando a concentração do plasma na corona, variará as emanações de raios-X e ultravioleta, o que faz todo sentido. Assim, onde há baixa densidade, não há muito brilho, e onde há alta densidade de plasma, há uma quantidade de brilho tão grande que fica parecendo o Sol (ops!).

Algumas simulações de explosões foram feitas para se saber como a corona responderia. Claro, isso não é feito com um computador vagabundo como o seu aí, em cima da sua mesa feita com madeira de caixote! As previsões indicam que quando uma nanoflare liberta a sua energia do plasma em baixa temperatura, fios de baixa densidade se tornam muito quente graus em torno de 107 Kelvin muito rapidamente. A densidade permanece baixa, no entanto, para a emissão, ou brilho, permanece fraco. Calor flui de cima, onde é bem mais quente, até a base da coronal, fazendo um movimento de convecção. Isso aquece o plasma denso na base e, como essa base é bem mais densa, a temperatura só atinge cerca de 106 K. Este plasma denso expande-se para cima. Assim, um ciclo coronal fica "pulsando" com picos de temperatura, ejetando massa e causando as nanoflares.

As Nanoflares são responsáveis ??por mudanças na radiação de raios-X e radiação ultravioleta (UV) que acontecem como uma região ativa evolui. Raios-X e raios UV são absorvidos pela atmosfera superior da Terra, que se aquece e se expande. As mudanças na atmosfera superior podem afetar as órbitas de satélites e lixo espacial. É importante saber as órbitas de mudança de modo que as manobras possam ser feitas para evitar colisões de espaço, mas não teremos algo como Gravity. O raio-X e UV também afetam a propagação de sinais de rádio e, assim, prejudicam a comunicação e sistemas de navegação. A Natureza é bem sacana com os seres humanos!

As nanoflares desempenham um papel importante e talvez dominante no aquecimento coronal, e abrem o caminho para a compreensão de como o sol afeta a Terra, o lar dos macacos pelados mais idiotas de toda a galáxia por acharem que são algo especial ou que tudo isso foi feito pra eles.

A missão EUNIS irá continuar, enquanto os cientistas analisam todos os dados. Ele será re-ajustado para se concentrar num conjunto diferente de comprimentos de onda e voar de novo em algum momento em 2016.


Fonte: Mãe da Criança

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