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Para um novo estudo, uma equipe de físicos recrutou cerca de 1.000 estudantes de graduação da University of Colorado Boulder para ajudar a responder a uma das perguntas mais persistentes sobre o sol: como a atmosfera externa da estrela, ou “corona”, fica tão quente?
A pesquisa representa uma façanha quase sem precedentes de análise de dados: de 2020 a 2022, o pequeno exército de alunos do primeiro e segundo ano examinou a física de mais de 600 explosões solares reais – gigantescas erupções de energia da turva coroa do sol. .
Os pesquisadores, incluindo 995 alunos de graduação e pós-graduação, publicaram suas descobertas em 9 de maio na O Jornal Astrofísico. Os resultados sugerem que as explosões solares podem não ser responsáveis pelo superaquecimento da coroa solar, como sugere uma teoria popular da astrofísica.
“Nós realmente queríamos enfatizar a esses alunos que eles estavam fazendo pesquisas científicas reais”, disse James Mason, principal autor do estudo e astrofísico do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins.
A coautora do estudo, Heather Lewandowski, concordou, observando que o estudo não seria possível sem os alunos de graduação que contribuíram com cerca de 56.000 horas de trabalho para o projeto.
“Foi um esforço enorme de todos os envolvidos”, disse Lewandowski, professor de física e membro do JILA, um instituto de pesquisa conjunto entre CU Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).
física da fogueira
O estudo se concentra em um mistério que deixou até mesmo astrofísicos experientes coçando a cabeça.
As observações do telescópio sugerem que a coroa do sol atinge temperaturas de milhões de graus Fahrenheit. A superfície do sol, em contraste, é muito mais fria, registrando-se apenas na casa dos milhares de graus.
“É como ficar bem na frente de uma fogueira e, conforme você se afasta, fica muito mais quente”, disse Mason. “Isso não faz sentido.”
Alguns cientistas suspeitam que explosões especialmente minúsculas, ou “nanoflares”, que são muito pequenas para serem detectadas até pelos telescópios mais avançados, podem ser as responsáveis. Se tais eventos existirem, eles podem aparecer em todo o sol de forma quase constante. E, segundo a teoria, eles poderiam se somar para deixar a coroa quentinha. Pense em ferver uma panela de água usando milhares de fósforos individuais.
Os resultados dos alunos lançam dúvidas sobre essa teoria, disse Mason, embora ache que é muito cedo para ter certeza.
“Eu esperava que nosso resultado fosse diferente. Ainda sinto que as nanoflares são um importante fator de aquecimento coronal”, disse Mason. “Mas as evidências de nosso artigo sugerem o contrário. Sou um cientista. Tenho que ir aonde as evidências apontam.”
tempos de pico da pandemia
O esforço começou no auge da pandemia de COVID-19.
Na primavera de 2020, a CU Boulder, como a maioria das universidades do país, mudou seus cursos totalmente online. Lewandowski, no entanto, enfrentou uma situação difícil: ela estava dando uma aula de pesquisa prática chamada “Física Experimental I” naquele outono e não tinha nada para seus alunos fazerem.
“Este foi o pico da pandemia”, disse Lewandowski. “Às vezes é difícil lembrar como era a vida naquela época. Esses alunos eram muito isolados. Eles estavam muito estressados.”
Mason, que era então pesquisador do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial (LASP) da CU Boulder, ofereceu uma ideia.
O cientista há muito queria se aprofundar na matemática das explosões solares. Em particular, ele tentou examinar um conjunto de dados de milhares de explosões que ocorreram entre 2011 e 2018 e foram detectadas por instrumentos no espaço. Eles incluíram a série Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) da National Oceanic and Atmospheric Administration e o Miniature X-ray Solar Spectrometer (MinXSS) da NASA, uma missão CubeSat projetada e construída no LASP.
O problema: havia sinalizadores demais para examinar sozinho.
Foi quando Mason e Lewandowski pediram ajuda aos alunos.
Mason explicou que você pode inferir detalhes sobre o comportamento de nanoflares estudando a física de flares maiores, que os cientistas observaram diretamente por décadas.
Para fazer exatamente isso, os alunos se dividiram em grupos de três ou quatro e escolheram um sinalizador normal que desejavam analisar ao longo do semestre. Então, por meio de uma série de longos cálculos, eles somaram quanto calor cada um desses eventos poderia derramar na coroa do sol.
Seus cálculos pintaram uma imagem clara: a soma das nanoflares do sol provavelmente não seria poderosa o suficiente para aquecer sua coroa a milhões de graus Fahrenheit.
experiências educacionais
O que está tornando a coroa tão quente não está claro. Uma teoria concorrente sugere que as ondas no campo magnético do sol carregam energia de dentro do sol para sua atmosfera.
Mas as descobertas reais do estudo não são seus únicos resultados importantes. Lewandowski disse que seus alunos puderam ter oportunidades raras para cientistas e engenheiros tão cedo em suas carreiras – aprender em primeira mão sobre a maneira colaborativa e muitas vezes confusa como a pesquisa científica funciona no mundo real.
“Ainda ouvimos os alunos falando sobre este curso nos corredores”, disse ela. “Nossos alunos foram capazes de construir uma comunidade e apoiar uns aos outros em um momento muito difícil.”
Os co-autores de CU Boulder do novo estudo incluem Alexandra Werth, pesquisadora de pós-doutorado na JILA; Colin West, professor associado de ensino de física; Allison Youngblood, astrofísica do LASP agora no Goddard Space Flight Center da NASA; Donald Woodraska, líder da equipe de sistemas de dados do LASP; e Courtney Peck, engenheira de software de sistemas de dados do LASP e do Instituto Cooperativo de Pesquisa em Ciências Ambientais (CIRES).
O financiamento para a pesquisa veio da NASA por meio da missão MinXSS e da US National Science Foundation por meio do STROBE Science & Technology Center e do JILA Physics Frontier Center.
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