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Vamos tocar o Sol

Estamos, sem dúvida, vivendo a era de ouro da exploração espacial. Poderosos equipamentos – em terra e no espaço – descobrem novos mundos em outros sistemas estelares num ritmo nunca antes observado. É como se tivéssemos descoberto o caminho das pedras. Mas não são apenas sistemas estelares distantes que atraem a nossa atenção.

A data de 12 de agosto de 2018 ficará marcada na história da exploração espacial, pois nesta data a NASA – Agência Espacial Americana – lançou a primeira missão exploratória da humanidade a uma estrela. A nossa estrela: o Sol.

Não é de hoje que as agências espaciais de todo o planeta estudam a nossa estrela, mas hoje a história é diferente. Estamos enviando a primeira sonda projetada exclusivamente para estudar a atmosfera de nossa estrela, ou seja, estamos enviando a Parker Solar Probe numa missão para tocar o Sol, numa região nunca antes atingida.

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Figura 1. Sonda Parker Solar Probe e sua missão para tocar o Sol.

A histórica missão da Parker Solar Probe revolucionará nossa compreensão do Sol e, consequentemente, das estrelas e dos mundos que as orbitam, na medida em que será o primeiro artefato produzido pelo homem a chegar tão próximo de uma estrela, enfrentando as brutais condições de calor e radiação.

Muita ciência e tecnologia embarcada

É de se imaginar que para a Parker Solar Probe “tocar” o Sol muita tecnologia foi desenvolvida para proteger os instrumentos num ambiente tão hostil.

Os dois principais problemas são o calor e a radiação. Embora na corona solar a temperatura beire os milhões de graus Celsius, a transferência de calor é bem menor que isso – mesmo ainda sendo altíssima para qualquer instrumento científico – devido a baixa densidade de partículas no espaço. Segundo os cientistas da NASA, o calor que atingirá a sonda será da ordem de absurdos 1.400º C.

Por essa razão, a Parker Solar Probe é protegida por um escudo de calor de 2,4 metros de diâmetro e com 115 mm de espessura, construído com placas compostas de carbono e pintado de branco com tinta cerâmica que refletirá a maior parte do calor incidente. Além disso, foram instalados radiadores com fluido resfriador, fazendo com que na parte de trás do escudo – onde ficam protegidos os instrumentos da sonda – a temperatura se mantenha em torno de suportáveis 30º C, viabilizando o funcionamento dos instrumentos científicos.

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Figura 2. Aspecto do escudo de calor da sonda Parker Solar Probe.

Mas nem todos os instrumentos da Parker Solar Probe ficarão escondidos atrás do escudo de calor, afinal uma das tarefas da missão será a coleta de partículas do Sol e esse instrumento coletor será um dos poucos a ficarem expostos ao calor extremo de nossa estrela. Construído com folhas de Titânio, Zircônio, Nióbio e Molibdênio, o instrumento coletor foi projetado para suportar calor de até 2.350º C. Os grids que produzirão o campo elétrico do instrumento são feitos de Tungstênio, resistindo a 3.420º C.

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Figura 3. O instrumento, que coletará partículas do Sol, da Parker Solar Probe suportará calor extremo, acima de 2.000º C.

A energia da sonda será captada por painéis solares, que serão usados quando a sonda estiver nos pontos mais distantes do sol em sua órbita. Perto do Sol os painéis serão recolhidos para se protegerem da alta temperatura atrás do escudo de calor. 

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Figura 4. Aspecto dos instrumentos radiadores de calor da Parker Solar Probe.

Além de todos os recursos utilizados para a proteção contra o calor e radiação, a sonda Parker Solar Probe também se destaca por ser uma nave autônoma.

Equipada com sensores que chegam à metade do tamanho de um aparelho celular, a nave terá autonomia na decisão de manobra, agindo por conta própria a partir do momento que deixar a órbita da Terra, realizando os procedimentos necessários para se manter sempre na posição correta em relação ao Sol, ou seja, mantendo o escudo protetor sempre apontado para o Sol, garantindo o seu funcionamento.

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Figura 5. Aspecto geral da sonda Parker Solar Probe.

A necessidade de autonomia ocorre devido a distância que a nave atingirá quando estiver no Sol – 8 minutos-luz – que inviabilizaria qualquer comando de controle a partir da Terra. O tempo de 8 minutos para receber um sinal de status da nave e mais 8 minutos para enviar um comando de manobra é demais para corrigir um posicionamento errado da nave a partir do centro de controle da NASA aqui na Terra.

A viagem até o Sol

A sonda Parker Solar Probe foi enviada ao espaço a bordo do poderoso foguete Delta IV, um veículo lançador de cargas simples ou múltiplas.

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Figura 6. Foguete Delta IV que levou a Parker Solar Probe rumo ao Sol.

Já no espaço, em sua órbita ao redor do Sol, a Parker Solar Probe usará a gravidade do planeta Vênus durante sete sobrevoos, durante cerca de sete anos (tempo da missão), para levar gradualmente sua órbita cada vez mais próxima do Sol.

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Figura 7. Aspecto da órbita da Parker Solar Probe, que usará a gravidade do planeta Vênus em sobrevoos para cada vez mais se aproximar do Sol.

Em seu ponto mais próximo da superfície, a nave vai voar através da atmosfera do Sol a cerca de 6 milhões de km e com uma velocidade da ordem de 700 mil km por hora, bem dentro da órbita do planeta Mercúrio e mais do que sete vezes mais perto do que qualquer nave espacial chegou antes. Lembrando que a distância média da Terra ao Sol é de 150 milhões de km.

Voando na parte mais externa da atmosfera do Sol, conhecida como Corona, pela primeira vez, a Parker Solar Probe vai empregar uma combinação de medições e de imagens para revolucionar nossa compreensão da Corona e expandir o nosso conhecimento da origem e evolução do vento solar, além de contribuir para nossa capacidade de previsão de alterações no ambiente do espaço da Terra que afetam a vida e a tecnologia em nosso planeta.

A ciência do Sol

Os objetivos primários da missão serão rastrear como a energia e o calor percorrem a corona solar e explorar o  vento solar, bem como as partículas energéticas solares. Os cientistas têm buscado essas respostas por mais de 60 anos, mas a investigação exigia o envio de uma sonda através da região de calor de 1.370º C da Corona.  Hoje, isso é finalmente possível com os avanços da engenharia térmica de ponta que podem proteger a missão na sua jornada perigosa. A sonda Parker Solar Probe carrega quatro suítes de instrumentos destinadas ao estudo de campos magnéticos, plasma e partículas energéticas, além do vento solar.

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Figura 8. Aspecto da Corona Solar, por onde passará a Parker Solar Probe.

Por que estudar o Sol e o vento solar?

  • O Sol é a única estrela que podemos alcançar. Ao estudar o Sol, aprendemos mais sobre estrelas em todo o universo.
  • O Sol é uma fonte de luz e calor para a vida na terra. Quanto mais soubermos sobre isso, mais podemos compreender como se desenvolveu a vida na Terra.
  • O Sol também afeta a Terra em formas menos familiares. É a fonte do vento solar; um fluxo de gases ionizados que passam pela Terra a velocidades de mais de 500 km por segundo.
  • Distúrbios no vento solar sacudem o campo magnético da Terra e sua energia provoca alterações no espaço perto da Terra, conhecido como tempo espacial.
  • Tempo espacial pode mudar as órbitas dos satélites, encurtar suas vidas ou interferir com a eletrônica embarcada. Quanto mais aprendemos sobre o que causa o espaço tempo – e como prever isso – mais podemos proteger os satélites, que tanto dependemos para manter o nosso estilo de vida moderna.
  • O vento solar também preenche grande parte do sistema solar, dominando o ambiente espacial distante. Como pretendemos enviar naves espaciais e astronautas mais longe da Terra, temos que entender este ambiente espacial.

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Figura 9. O Sol, a Corona Solar e o Vento Solar.

Estudar o Sol é fundamental para o futuro da exploração espacial humana em nosso próprio sistema solar e para o desenvolvimento de novas tecnologias que nos farão construir equipamentos e sondas espaciais cada vez mais adequados ao ambiente hostil do espaço.

Sem dúvida, mais um grande passo da humanidade na busca incansável pelo conhecimento espacial que nos dê a confiança para o próximo e importante salto: a viagem humana ao planeta Marte.

Fotos: NASA e Internet.


Você sabia?

Molibdênio é um metal de transição muito utilizado na fabricação de ligas metálicas de alta resistência mecânica e corrosiva.
Zircônio é um metal de transição, tendo como uma de suas propriedades mais importantes o seu ponto de fusão, que é acima de 2500ºC. Por isso, esse metal é aplicado no interior de reatores de fusão nuclear, suportando as elevadíssimas temperaturas.
Nióbio é um metal de transição, comumente utilizado em ligas metálicas com o ferro, o aço, com o zircônio e essas ligas são utilizadas na fabricação de estruturas, soldas, gasodutos, superligas para fabricação de motores a jato em virtude da resistência a corrosão, altas temperaturas, e como supercondutor em meio criogênico.

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