(Créditos da imagem: NASA/SDO).

O nosso planeta é constantemente banhado pelos ventos que saem do Sol, a estrela no centro do nosso Sistema Solar. Mas mesmo que a nossa estrela-mãe seja tão ridiculamente quente, uma vez que os ventos solares atingem a Terra, eles são mais quentes do que deveriam — e podemos finalmente saber o porquê.

Sabemos que as partículas que compõem o plasma da heliosfera do Sol esfriam à medida que se espalham. O problema é que elas demoram um bom tempo para se espalharem, diminuindo a temperatura muito mais lentamente do que os modelos preveem.

“As pessoas estudam o vento solar desde a sua descoberta em 1959, mas existem muitas propriedades importantes desse plasma que ainda não são bem conhecidas”, explicou o físico Stas Boldyrev, da Universidade de Wisconsin-Madison.

“Inicialmente, os pesquisadores pensaram que o vento solar tem que esfriar muito rapidamente à medida que se expande do Sol, mas as medições por satélite mostram que, ao atingir a Terra, sua temperatura é 10 vezes maior que o esperado.”

A equipe de pesquisa usou equipamentos de laboratório para estudar o plasma em movimento, e agora acha que a resposta para o problema está em um mar de elétrons preso que parece não conseguir escapar das garras do Sol.

Há muito tempo se supõe que o próprio processo de expansão esteja sujeito a leis adiabáticas, um termo que significa simplesmente que a energia térmica não é adicionada ou removida de um sistema. Isso mantém os números agradáveis ​​e simples, mas assume que não há lugares onde a energia entra ou sai do fluxo de partículas.

Infelizmente, a jornada de um elétron é tudo menos simples, empurrado à mercê de vastos campos magnéticos, como uma montanha-russa do inferno. Esse caos deixa muitas oportunidades para o calor passar de um lado para o outro.

Só para complicar ainda mais as coisas, graças à sua pequena massa, os elétrons avançam com íons mais pesados ​​à medida que saem da atmosfera do Sol, deixando uma nuvem amplamente positiva de partículas.

Eventualmente, a crescente atração entre as duas cargas opostas assume a inércia desses elétrons voadores, puxando-os de volta para a linha de partida, onde os campos magnéticos mais uma vez causam estragos em seus caminhos.

“Esses elétrons que retornam são refletidos para que saiam do Sol, mas novamente não podem escapar por causa da atraente força elétrica da estrela”, explica Boldyrev. “Portanto, o destino deles é ‘saltar para frente e para trás’, criando uma grande população dos chamados ‘elétrons presos’”, acrescenta o pesquisador.

Boldyrev e sua equipe reconheceram um jogo semelhante de pingue-pongue eletrônico em seu próprio laboratório, dentro de um aparelho comumente usado para estudar plasma chamado de máquina de espelho.

Um reator de fusão linear, ou “máquina de espelho”. (Créditos da imagem: Cary Forest).

As máquinas de espelhos não contêm espelhos. Pelo menos, não do tipo familiar. Também conhecidos como “espelhos magnéticos” ou “armadilhas magnéticas”, esses dispositivos de fusão linear são pouco mais que longos tubos com uma abertura em cada extremidade.

Sua natureza reflexiva é criada à medida que fluxos de plasma que passam pela abertura se comprimem em cada extremidade, alterando os campos magnéticos circundantes de tal maneira que as partículas dentro da corrente refletem de volta para dentro.

“Mas algumas partículas podem escapar e, quando o fazem, fluem ao longo das linhas do campo magnético em expansão fora da abertura”, explica Boldyrev. “Como os físicos querem manter esse plasma muito quente, eles querem descobrir como a temperatura dos elétrons que escapam da abertura diminui fora dessa abertura”, acrescenta.

Ele e seus colegas sugerem que a população de elétrons aprisionados desempenha um papel importante na maneira como os elétrons distribuem sua energia térmica, alterando as distribuições típicas de velocidades e temperaturas de partículas de maneira previsível.

“Acontece que nossos resultados concordam muito bem com as medições do perfil de temperatura do vento solar e podem explicar por que a temperatura do elétron diminui com a distância tão lentamente”, explica Boldyrev.

Encontrar uma combinação tão boa entre as figuras das máquina de espelhos e o que vemos no espaço sugere que pode haver outros fenômenos solares que vale a pena estudar dessa maneira.

A pesquisa foi publicada no PNAS. [ScienceAlert].