Uma mudança oculta no Sol pode explicar ciclos solares mais fracos.

O período mais turbulento do Sol costuma roubar a cena, mas a nossa estrela também é capaz de remodelar o próprio interior quando parece estar “calma”.

Uma nova análise, baseada em décadas de registos, indica que as fases de baixa do ciclo solar de 11 anos não são todas iguais - e que, durante o mínimo solar mais profundo da história recente, ocorreram alterações mensuráveis nas vibrações internas do Sol.

“Pela primeira vez, conseguimos quantificar com clareza como a estrutura interna do Sol muda de um mínimo de ciclo para o seguinte”, afirma o astrónomo Bill Chaplin, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido.
“As camadas externas do Sol mudam de forma subtil ao longo dos ciclos de atividade, e descobrimos que mínimos muito silenciosos podem deixar uma marca interna detetável.”

Ciclo solar: por que mínimos e máximos não contam a história toda

O Sol não é um forno nuclear imutável no céu. Uma das evidências mais claras do seu comportamento dinâmico é o ciclo solar, associado à inversão dos polos magnéticos. Aproximadamente a cada 11 anos, a atividade cresce até um pico chamado máximo solar e depois recua para um mínimo solar.

À medida que o máximo solar se aproxima, aumentam as manchas solares, as explosões solares e as ejeções de massa coronal. Nessa fase, os polos magnéticos do Sol invertem-se. Nenhum ciclo é exatamente igual a outro: há máximos mais intensos e outros mais fracos. Já os mínimos, pelo menos à primeira vista, parecem bastante semelhantes quando observados apenas “na superfície”.

A questão é: o que acontece por baixo dessa superfície?

Heliossismologia do Sol e o BiSON: o que as vibrações internas revelam

Para investigar, uma equipa liderada pela astrofísica Sarbani Basu, da Universidade Yale, recorreu à Rede de Oscilações Solares de Birmingham (BiSON) - um conjunto de seis telescópios distribuídos pelo mundo - e analisou quatro mínimos solares consecutivos, cobrindo as transições entre os ciclos 21 e 25 (atualmente estamos no ciclo solar 25).

O foco foram as oscilações acústicas no interior do Sol: ondas sonoras “presas” que se propagam e ricocheteiam no plasma solar, provocando um cintilar quase impercetível no brilho da superfície.

Tal como as ondas sísmicas na Terra ajudam a mapear o interior do planeta, as ondas sonoras no Sol permitem inferir o que se passa abaixo da superfície. Esse método de análise chama-se heliossismologia.

Dois sinais-chave: “anomalia do hélio” e velocidade do som

Os investigadores acompanharam dois indicadores principais:

1. A anomalia do hélio (também descrita como uma “impressão digital” do hélio): existe uma camada logo abaixo da superfície visível em que o hélio se ioniza ao perder eletrões. Essa mudança de estado energético deixa um traço característico nos dados das oscilações.

2. A velocidade do som no interior do Sol: o som não viaja sempre à mesma velocidade; ela depende das propriedades do meio, como temperatura e pressão. Assim, alterações mesmo pequenas na estrutura interna do Sol podem modificar a velocidade do som e, com isso, deslocar as frequências de vibração observadas.

Além disso, a equipa comparou as medições com modelos do comportamento solar que assumiam condições internas ligeiramente diferentes, para verificar quais cenários reproduziam melhor os sinais detetados.

Quatro mínimos solares analisados (1985 a 2019)

Os quatro mínimos estudados ocorreram nestes intervalos:

• 1985: entre os ciclos solares 21 e 22
  
• 1996: entre os ciclos solares 22 e 23
  
• 2008 a 2009: entre os ciclos solares 23 e 24
  
• 2018 a 2019: entre os ciclos solares 24 e 25

Um resultado destacou-se: o mínimo de 2008 a 2009 foi um dos mais longos e silenciosos desde o início dos registos sistemáticos - e também o que exibiu as alterações internas mais nítidas entre os quatro.

Nesse período, o sinal da anomalia do hélio apareceu mais forte do que nos outros mínimos, e a velocidade do som mostrou-se maior nas camadas externas do Sol.

Esses indícios apontam para um cenário em que, durante aquele mínimo, a pressão do gás era mais elevada, as temperaturas estavam ligeiramente mais altas e os campos magnéticos eram mais fracos em certas regiões do Sol.

Por que isso importa para prever a atividade solar

“Entender como o Sol se comporta abaixo da superfície durante esses períodos de quietude é importante, porque esse comportamento influencia fortemente a forma como os níveis de atividade voltam a crescer nos ciclos seguintes”, observa Basu. E, de facto, o ciclo solar 24 acabou por ser incomumente discreto, com um dos máximos solares mais fracos já registados.

Prever o comportamento do Sol é notoriamente difícil, em parte porque o “motor” que o alimenta fica escondido no interior: uma esfera de plasma em rotação, turbulenta e magnetizada, na qual mudanças internas minúsculas podem propagar-se e resultar em diferenças grandes na atividade observada.

Este estudo reforça que mínimos solares aparentemente parecidos na superfície podem nascer de condições internas ligeiramente distintas. Isso sugere uma camada adicional de variabilidade que os modelos solares talvez precisem representar com mais cuidado.

Um ponto prático dessa discussão é que compreender melhor a transição entre mínimo solar e máximo solar ajuda a antecipar períodos de maior risco para a tecnologia: variações no clima espacial podem afetar comunicações por rádio, operações de satélites e até sistemas elétricos. Mesmo quando o Sol parece “tranquilo”, o que acontece no seu interior pode preparar o terreno para a dinâmica do ciclo seguinte.

Também vale notar que resultados como estes dependem de séries longas e consistentes de observação - algo que redes como o BiSON tornam possível ao manter medições contínuas por muitos anos. A capacidade de comparar mínimos separados por décadas é precisamente o que permite detetar assinaturas subtis que passariam despercebidas em campanhas curtas.

O que vem a seguir: aplicar as técnicas a outras estrelas

“O nosso trabalho mostra a força das observações sísmicas estelares de longo prazo”, diz Chaplin.

Com missões futuras como a PLATO, da Agência Espacial Europeia, as técnicas usadas neste estudo poderão ser aplicadas a outras estrelas semelhantes ao Sol. O objetivo é compreender melhor como a atividade dessas estrelas muda ao longo do tempo e como isso influencia os seus ambientes locais - incluindo eventuais planetas que orbitem ao seu redor.

A investigação foi publicada na revista Avisos Mensais da Sociedade Astronómica Real.