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15.E: O sol - uma estrela variada de jardins (exercícios)

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    Para uma exploração mais aprofundada

    Artigos

    Berman, B. “Como as tempestades solares podem desligar a Terra”. Astronomia (setembro de 2013): 22. Análise atualizada de como os eventos no Sol podem prejudicar nossa civilização.

    Frank, A. “Soprando no vento solar”. Astronomia (outubro de 1998): 60. Sobre os resultados da espaçonave SOHO.

    Holman, G. “As origens misteriosas das explosões solares”. Scientific American (abril de 2006): 38. Novas ideias envolvendo reconexão magnética e novas observações de explosões.

    James, C. “Previsão solar: tempestade à frente”. Sky & Telescope (julho de 2007): 24. Boa análise sobre os efeitos das explosões do Sol e na Terra e como monitoramos o “clima espacial”.

    Schaefer, B. “Manchas solares que mudaram o mundo”. Sky & Telescope (abril de 1997): 34. Eventos históricos relacionados com manchas solares e atividade solar.

    Schrijver, C. e Title, A. “A Ciência do Sol de Hoje”. Sky & Telescope (fevereiro de 2001): 34; (março de 2001): 34. Excelentes análises de resultados recentes sobre a atmosfera solar.

    Wadhwa, M. “Ordem do Caos: Gênesis mostra o vento solar”. Astronomia (outubro de 2013): 54. Em um satélite que retornou amostras do vento do Sol.

    Websites

    Site “Solar Storms” do Dr. Sten Odenwald: http://www.solarstorms.org/.

    Observatório Solar e Heliosférico da ESA/NASA: http://sohowww.nascom.nasa.gov. Uma missão de satélite com um site rico para explorar.

    Introdução ao Sol no Observatório de Alta Altitude: www.hao.ucar.edu/education/basic.php. Para iniciantes.

    Missões solares da NASA: https://www.nasa.gov/mission_pages/s...ons/index.html. Bom resumo dos muitos satélites e missões da NASA.

    Perfil NOAA de clima espacial: www.swpc.noaa.gov/sites/defau... r_2010_new.pdf. Uma cartilha.

    Páginas de informações do Centro de Previsão do Clima Espacial da NOAA: www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-outreach. Inclui cartilhas, vídeos, um currículo e módulos de treinamento.

    Laboratório Nova Sun: http://www.pbs.org/wgbh/nova/labs/lab/sun/. Vídeos, perfis de cientistas, um desafio de pesquisa relacionado ao Sol ativo do programa científico da PBS.

    Clima espacial: tempestades no sol: www.swpc.noaa.gov/sites/defau... wx_booklet.pdf. Um livreto ilustrado da NOAA.

    Centro Solar de Stanford: http://solar-center.stanford.edu/. Um excelente site com informações para estudantes e professores.

    Aplicativos

    Isso pode informar você e seus alunos mais sobre o que está acontecendo no Sol em tempo real.

    Sol 3D da NASA: http://3dsun.org/.

    Clima espacial da NASA: itunes.apple.com/us/app/nasa... 422621403? mt=8.

    Solaris Alpha: play.google.com/store/apps/d... y.solarisalpha.

    Monitor Solar Pro: www.solarmonitor.eu/.

    Vídeos

    Journey into the Sun: https://www.youtube.com/watch?v=fqKFQ7z0Nuk. Programa de TV KQED Quest 2010 principalmente sobre a espaçonave Solar Dynamics Observatory, seu lançamento e capacidades, mas com boas informações gerais sobre como o Sol funciona (12:24).

    NASA | SDO: Três anos em três minutos — com comentários de especialistas: https://www.youtube.com/watch?v=QaCG0wAjJSY&src. Vídeo de 3 anos de observações do Sol pelo Solar Dynamics Observatory transformado em um filme acelerado, com comentários do físico solar Alex Young (5:03).

    Nosso sol explosivo: http://www.youtube.com/watch?v=kI6YGSIJqrE. Vídeo de uma palestra pública de 2011 na Série de Palestras de Astronomia do Vale do Silício, do Dr. Thomas Berger, sobre a atividade solar e as recentes missões de satélite para observá-la e compreendê-la (1:20:22).

    Lá fora chovendo fogo: www.nytimes.com/video/science... html? emc=eta1. Boa visão geral e introdução ao Sol pelo repórter científico Dennis Overbye, do NY Times (2:28)

    Impactos do clima espacial: www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-outreach. Vídeo da NOAA (2:47); https://www.youtube.com/playlist?lis...bIUzBO6JI0Pvx0. Vídeos do Serviço Nacional de Meteorologia (quatro vídeos curtos) (14:41).

    Clima espacial: tempestades ao sol: http://www.youtube.com/watch?v=vWsmp4o-qVg. Boletim científico do Museu Americano de História Natural, dando o pano de fundo do que acontece no Sol para causar clima espacial (6:10).

    Tempestades solares: www.livescience.com/11754-sun... nic-world.html. Da companhia Starry Night sobre tempestades do Sol agora e no passado (4:49).

    Sunspot Group AR 2339 cruza o sol: http://apod.nasa.gov/apod/ap150629.html. Um vídeo curto (com música) anima imagens do Solar Dynamics Observatory de um grupo especialmente grande de manchas solares atravessando a face do Sol (1:15).

    O que acontece no sol não fica no sol: https://www.youtube.com/watch?v=bg_gD2-ujCk. Da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica: introdução ao Sol, ao clima espacial, seus efeitos e como o monitoramos (4:56).

    Atividades colaborativas em grupo

    1. Faça com que seu grupo faça uma lista de todas as maneiras pelas quais o Sol afeta pessoalmente sua vida na Terra. (Considere os efeitos do dia a dia, bem como os efeitos incomuns devido à alta atividade solar.)
    2. Muito antes de a natureza do Sol ser totalmente compreendida, o astrônomo (e descobridor de planetas) William Herschel (1738—1822) propôs que o sol quente pode ter um interior frio e ser habitado. Peça ao seu grupo que discuta essa proposta e apresente argumentos modernos contra ela.
    3. Discutimos como a migração de europeus para a América do Norte foi aparentemente afetada pelas mudanças climáticas de curto prazo. Se a Terra se tornasse significativamente mais quente, seja por causa das mudanças no Sol ou devido ao aquecimento do efeito estufa, um efeito seria um aumento na taxa de derretimento das calotas polares. Como isso afetaria a civilização moderna?
    4. Suponha que experimentemos outro Mínimo de Maunder na Terra, acompanhado por uma queda na temperatura média, como a Pequena Idade do Gelo na Europa. Peça ao seu grupo que discuta como isso afetaria a civilização e a política internacional. Faça uma lista dos efeitos mais graves que você possa imaginar.
    5. Observar as manchas solares se movendo pelo disco do Sol é uma forma de mostrar que nossa estrela gira em torno de seu eixo. Seu grupo pode criar outras maneiras de mostrar a rotação do Sol?
    6. Suponha que, no futuro, sejamos capazes de prever o clima espacial, bem como o clima na Terra. E suponha que tenhamos alguns dias de aviso de que está chegando uma grande tempestade solar que sobrecarregará a magnetosfera da Terra com partículas carregadas e enviará mais raios ultravioleta e raios-X em direção ao nosso planeta. Faça com que seu grupo discuta quais medidas podemos tomar para proteger nossa civilização?
    7. Faça com que os membros do seu grupo pesquisem on-line para descobrir quais satélites estão no espaço para ajudar os astrônomos a estudar o Sol. Além de pesquisar satélites da NASA, você também pode verificar se há satélites lançados pela Agência Espacial Europeia e pela Agência Espacial Japonesa.
    8. Alguns cientistas e engenheiros estão pensando em construir uma “vela solar” — algo que possa usar o vento ou a energia do Sol para afastar uma espaçonave do Sol. A Planetary Society é uma organização sem fins lucrativos que está tentando lançar velas solares, por exemplo. Peça ao seu grupo que faça um relatório sobre o estado atual dos projetos de vela solar e o que as pessoas estão sonhando para o futuro.

    Perguntas de revisão

    1. Descreva as principais diferenças entre a composição da Terra e a do Sol.
    2. Descreva como a energia passa do núcleo nuclear do Sol para a atmosfera. Inclua o nome de cada camada e como a energia se move pela camada.
    3. Faça um esboço da atmosfera do Sol mostrando as localizações da fotosfera, cromosfera e coroa. Qual é a temperatura aproximada de cada uma dessas regiões?
    4. Por que as manchas solares parecem escuras?
    5. Quais aspectos do ciclo de atividade do Sol têm um período de cerca de 11 anos? Que variam em intervalos de cerca de 22 anos?
    6. Resuma as evidências que indicam que, ao longo de várias centenas de anos ou mais, houve variações no nível da atividade solar.
    7. O que é o efeito Zeeman e o que ele nos diz sobre o Sol?
    8. Explique como a teoria do dínamo do Sol resulta em um ciclo médio de atividade solar de 22 anos. Inclua a localização e o mecanismo do dínamo.
    9. Compare e contraste os quatro tipos diferentes de atividade solar acima da fotosfera.
    10. Quais são as duas fontes de partículas vindas do Sol que causam o clima espacial? Como eles são diferentes?
    11. Como a atividade no Sol afeta a tecnologia humana na Terra e no resto do sistema solar?
    12. Como a atividade no Sol afeta os fenômenos naturais na Terra?

    Perguntas de reflexão

    1. A tabela\(15.1.1\) indica que a densidade do Sol é de 1,41 g/cm 3. Como outros materiais, como o gelo, têm densidades semelhantes, como você sabe que o Sol não é feito de gelo?
    2. Partindo do núcleo do Sol e indo para fora, a temperatura diminui. No entanto, acima da fotosfera, a temperatura aumenta. Como isso pode ser?
    3. Como o período de rotação do Sol pode ser determinado pela observação dos movimentos aparentes das manchas solares, uma correção deve ser feita para o movimento orbital da Terra. Explique o que é a correção e como ela ocorre. Fazer alguns esboços pode ajudar a responder a essa pergunta.
    4. Suponha que se forme uma mancha solar alongada (extremamente hipotética) que se estenda de uma latitude de 30° a uma latitude de 40° ao longo de um fixo de longitude no Sol. Como a aparência dessa mancha solar mudará à medida que o Sol gira? (A figura\(15.2.5\) deve ajudá-lo a descobrir isso.)
    5. O texto explica que as pragas são encontradas perto de manchas solares, mas a Figura\(15.2.6\) mostra que elas aparecem mesmo em áreas sem manchas solares. Qual poderia ser a explicação para isso?
    6. Por que um clarão seria observado na luz visível, quando eles são muito mais brilhantes nos raios X e na luz ultravioleta?
    7. Como as proeminências, que são tão grandes e “flutuam” na coroa, podem permanecer gravitacionalmente presas ao Sol enquanto as chamas podem escapar?
    8. Se você estivesse preocupado com o clima espacial e quisesse evitá-lo, qual seria o lugar mais seguro na Terra para você morar?
    9. Suponha que você more no norte do Canadá e uma clarão extremamente forte seja relatada no Sol. Quais precauções você pode tomar? O que pode ser um resultado positivo?

    Descobrindo por si mesmo

    1. A borda do Sol não precisa ser absolutamente nítida para nos parecer assim. Só precisa deixar de ser transparente e ficar completamente opaco em uma distância menor do que seu olho pode resolver. Lembre-se da Astronomical Instruments de que a capacidade de resolver detalhes depende do tamanho da abertura do telescópio. A pupila do seu olho é muito pequena em relação ao tamanho de um telescópio e, portanto, é muito limitada na quantidade de detalhes que você pode ver. Na verdade, seu olho não consegue ver detalhes menores que 1/30 do diâmetro do Sol (cerca de 1 minuto de arco). Quase toda a luz do Sol emerge de uma camada que tem apenas cerca de 400 km de espessura. Que fração é essa do diâmetro do Sol? Como isso se compara à capacidade do olho humano de resolver detalhes? Suponha que pudéssemos ver a luz emergindo diretamente de uma camada com 300.000 km de espessura. O Sol pareceria ter uma ponta afiada?
    2. Mostre que a afirmação de que 92% dos átomos do Sol são hidrogênio é consistente com a afirmação de que 73% da massa do Sol é composta de hidrogênio, conforme encontrado na Tabela\(15.1.2\). (Dica: Faça a suposição simplificada, quase correta, de que o Sol é feito inteiramente de hidrogênio e hélio.)
    3. A partir dos desvios Doppler das linhas espectrais na luz que vem das bordas leste e oeste do Sol, os astrônomos descobrem que as velocidades radiais das duas bordas diferem em cerca de 4 km/s, o que significa que a taxa de rotação do Sol é de 2 km/s. Encontre o período aproximado de rotação do Sol em dias. A circunferência de uma esfera é dada por 2π R, onde R é o raio da esfera.
    4. Supondo um ciclo médio de manchas solares de 11 anos, quantas revoluções o equador do Sol faz durante esse ciclo? Latitudes mais altas fazem mais ou menos revoluções em comparação com o equador?
    5. Este capítulo apresenta o ciclo médio das manchas solares em 11 anos. Verifique isso usando a Figura\(15.4.3\).
    6. A velocidade de escape de qualquer objeto astronômico pode ser calculada como\(v_{\text{escape}} = \sqrt{2GM/R}\). Usando os dados do Apêndice E, calcule a velocidade de escape da fotosfera do Sol. Como as ejeções de massa coronal escapam da coroa, a velocidade de escape de lá seria maior ou menor do que da fotosfera?
    7. Suponha que você observe uma grande explosão solar enquanto os astronautas estão orbitando a Terra. Use os dados no texto para calcular quanto tempo demorará até que as partículas carregadas ejetadas do Sol durante o reflexo as alcancem.
    8. Suponha que uma proeminência eruptiva aumente a uma velocidade de 150 km/s. Se não mudar de velocidade, a que distância da fotosfera ela se estenderá após 3 horas? Como essa distância se compara com o diâmetro da Terra?
    9. A partir das informações na Figura\(15.3.4\), estime a velocidade com que as partículas no CME nas partes (c) e (d) estão se afastando do Sol.