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

O Sol pode ganhar manchetes quando entra em fases de grande agitação, mas, mesmo nos períodos mais calmos, a nossa estrela consegue alterar de forma discreta aquilo que se passa no seu interior.

Uma nova análise, baseada em várias décadas de medições, indica que as pausas do ciclo de actividade de 11 anos do Sol não são todas iguais. No mínimo solar mais profundo observado na história recente, registaram‑se mudanças mensuráveis nas vibrações internas da estrela.

“Pela primeira vez, conseguimos quantificar com clareza como a estrutura interna do Sol se altera de um mínimo de ciclo para o seguinte”, afirma o astrónomo Bill Chaplin, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido.
“As camadas mais exteriores do Sol mudam subtilmente ao longo dos ciclos de actividade, e verificámos que mínimos particularmente silenciosos podem deixar uma marca interna detectável.”

Ciclo solar: máximos solares, mínimos solares e a inversão dos polos magnéticos do Sol

O Sol está longe de ser um forno nuclear imutável no céu. Uma das expressões mais evidentes do seu comportamento dinâmico é o ciclo solar, associado à inversão dos polos magnéticos. Aproximadamente a cada 11 anos, a actividade aumenta até um pico - o máximo solar - e depois abranda até ao mínimo solar.

À medida que se aproxima o máximo solar, intensificam‑se fenómenos como manchas solares, erupções e ejecções de massa coronal. É também por esta altura que os polos magnéticos se invertem. Nenhum ciclo é exactamente igual ao anterior: há máximos mais fortes e outros mais fracos. Já os mínimos, à superfície, tendem a parecer muito semelhantes entre si.

A questão é: o que acontece por baixo dessa aparência de tranquilidade?

Helioseismologia e a Rede de Oscilações Solares de Birmingham (BiSON): ouvir o interior do Sol

Com recurso à Rede de Oscilações Solares de Birmingham (BiSON) - um conjunto de seis telescópios distribuídos pelo mundo - uma equipa liderada pela astrofísica Sarbani Basu, da Universidade de Yale, analisou em detalhe quatro mínimos solares sucessivos. O intervalo abrangeu as transições entre os ciclos 21 e 25 (sendo que o Sol se encontra actualmente no ciclo solar 25).

O foco esteve nas oscilações acústicas no interior do Sol: ondas sonoras “aprisionadas” que se propagam pelo plasma e fazem a luminosidade à superfície oscilar de forma quase imperceptível.

Tal como as ondas sísmicas na Terra ajudam a revelar a estrutura do planeta, estas ondas sonoras permitem inferir propriedades do interior solar. Este tipo de análise chama‑se helioseismologia.

Dois sinais-chave: “falha do hélio” e velocidade do som no interior solar

Os investigadores concentraram‑se em dois indicadores principais:

• A “falha do hélio”: existe uma camada logo abaixo da superfície visível do Sol onde o hélio se ioniza ao perder electrões. Essa alteração do estado energético deixa uma assinatura específica nos dados de oscilações.
• A velocidade do som no Sol: a velocidade de propagação do som depende das características do meio, como temperatura e pressão. Pequenas alterações na estrutura interna modificam essa velocidade e, por consequência, deslocam as frequências de vibração observadas.

Além disso, a equipa confrontou os resultados com modelos do comportamento solar que assumiam condições internas ligeiramente diferentes, para perceber que tipo de cenário melhor explicava as medições.

Quatro mínimos solares (1985–2019) e um mínimo excepcionalmente silencioso

Os quatro mínimos avaliados ocorreram:

• em 1985, entre os ciclos 21 e 22;
• em 1996, entre os ciclos 22 e 23;
• em 2008–2009, entre os ciclos 23 e 24;
• em 2018–2019, entre os ciclos 24 e 25.

Entre estes, o mínimo de 2008–2009 destacou‑se por ter sido um dos mais longos e mais silenciosos desde que existem registos sistemáticos - e foi também aquele em que as mudanças internas apareceram de forma mais nítida. Nesse período, o sinal associado à falha do hélio surgiu mais intenso do que nos outros três mínimos, e a velocidade do som nas camadas exteriores revelou‑se mais elevada.

Em conjunto, estes indícios apontam para pressão do gás mais alta, temperaturas ligeiramente superiores e campos magnéticos mais fracos em determinadas regiões do Sol durante esse mínimo.

Basu sublinha: “Compreender como o Sol se comporta por baixo da superfície nestes períodos de calma é importante, porque esse comportamento influencia fortemente a forma como os níveis de actividade se constroem nos ciclos seguintes.”
E, de facto, o ciclo solar 24 foi invulgarmente discreto, com um dos máximos solares mais fracos já registados.

Porque é que estas diferenças internas importam (e o que podem mudar nos modelos)

Antever a actividade solar continua a ser extremamente difícil, em parte porque o “motor” que a alimenta está escondido no interior: uma esfera de plasma em turbulência, em rotação e magnetizada, onde pequenas variações internas podem amplificar‑se e traduzir‑se em diferenças significativas na actividade observada.

Este trabalho reforça a ideia de que dois mínimos solares aparentemente semelhantes à superfície podem resultar de condições internas não exactamente iguais. Isso sugere uma fonte adicional de variabilidade que os modelos solares poderão ter de incorporar com maior rigor.

Estas diferenças não são apenas um detalhe académico. A actividade solar condiciona a meteorologia espacial, com impacto potencial em sistemas de navegação, comunicações por rádio, satélites e até na gestão de redes eléctricas. Conhecer melhor a “assinatura” interna dos mínimos pode ajudar, a prazo, a enquadrar melhor o risco e a preparação para fases de maior instabilidade.

Também vale a pena notar que só séries longas e consistentes de observações permitem detectar estes efeitos subtis. A continuidade instrumental, a calibração cuidadosa e a comparação com modelos são essenciais para distinguir variações reais do Sol de artefactos de medição.

Próximos passos: do Sol a outras estrelas semelhantes

“O nosso trabalho evidencia o poder das observações sísmicas estelares de longo prazo”, afirma Chaplin.

Com futuras missões, como a PLATO da Agência Espacial Europeia, as técnicas usadas neste estudo poderão ser aplicadas a outras estrelas parecidas com o Sol. Isso poderá melhorar a compreensão de como a actividade dessas estrelas evolui e de que forma molda os seus ambientes locais - incluindo quaisquer planetas que as orbitem.

A investigação foi publicada no Boletim Mensal da Sociedade Astronómica Real.