Por dentro do sol (AST001)

Nenhum corpo celeste tem uma influência tão grande sobre os dispositivos eletrônicos que utilizamos, principalmente os que envolvem as telecomunicações, como o Sol. De fato, a radiação que o astro-rei emite não se limita a faixa visível, expandindo por regiões do espetro que muito têm a ver com nossos equipamentos eletrônicos de comunicações. O que ocorre no interior do Sol e como influi na nossa eletrônica do dia a dia é o que procuramos explicar neste artigo.

Por muito tempo o homem manteve uma enorme curiosidade no sentido de saber como o Sol podia "queimar" tanto combustível sem se esgotar. Teorias que explicavam o fenômeno, como por exemplo a de que a energia vinha de sua contração, não resistiam aos cálculos mais simples que mostravam que o astro-rei mantinha sua plena capacidade de emissão nos últimos 5 bilhões de anos.

Somente com a descoberta da radioatividade é que explicações consistentes puderam ser dadas para a enorme quantidade de energia que o Sol produz e também para o tipo de energia que ele emite.

Sim, o Sol produz energia a partir de reações nucleares.

Situado a 150 milhões de quilômetros da terra e com um diâmetro de 1 392 000 quilômetros, o astro-rei tem um volume mais de 1 milhão de vezes maior do que a nossa pequenina terra.

Trata-se de uma gigantesca usina-nuclear cósmica de que dependemos totalmente, pois toda a energia de que dispomos (exceto uma pequeníssima parcela) vem do astro-rei de forma direta ou indireta.

Quando consumimos alimentos vegetais, a energia que ele contém foi concentrada a partir da foto-síntese, consistindo portanto em energia solar absorvida.

Quando consumimos alimentos de origem animais, os animais, ou obtiveram a energia armazenada em seus tecidos comendo vegetais ou outro animais.

A energia elétrica que alimenta nossos equipamentos eletrônicos vem da água da chuva que é produto da evaporação causada pelo calor do Sol.

Podemos seguir indefinidamente dando exemplos, mas para nós, é mais importante ver o que há no Sol e o que a eletrônica tem com isso.

 

COMO FUNCIONA O SOL

O Sol consiste principalmente numa grande esfera de gas hidrogênio e gás hélio. Os outros elementos conhecidos, mais pesados, existem, mas numa quantidade muito menor.

Na parte superficial externa do Sol, os gases apresentam a consistência como conhecemos: aquecidos a uma temperatura da ordem de 6 000 graus eles perdem os elétrons e formam o que denominamos de "plasma".

À medida que nos aprofundamos, entretanto, a pressão das camadas superiores vai aumentando e os dois gases formam na verdade uma grande mistura de núcleos atômicos livres.

A temperatura dessa mistura sobe tremendamente à medida que nos aproximamos do núcleo. As estimativas mostram que essa temperatura deve chegar a uns 15 milhões de graus na parte central do Sol conforme mostra o gráfico da figura 1.

 

As temperaturas no interior do sol.
As temperaturas no interior do sol.

 

Numa temperatura desta ordem, na faixa de 10 a 15 milhões de graus é criado o ambiente que permite a ocorrência de um tipo especial de reação nuclear.

Esta reação consiste na fusão de núcleos de hidrogênio dando origem a núcleos de hélio numa reação que é mostrada na figura 2.

 

Reação nuclear no interior do Sol transformando Deutério (hidrogênio pesado) em Hélio.
Reação nuclear no interior do Sol transformando Deutério (hidrogênio pesado) em Hélio.

 

Os núcleos de hidrogênio se reúnem, desta forma, sob a incrível pressão e temperatura do interior do Sol para gerar núcleos de um novo elemento: o hélio.

Nesta reação, entretanto, ocorre a liberação de uma certa quantidade de energia que é justamente a que mantém o Sol aquecido e que também é irradiada em pequena parcela para o espaço.

O rendimento desta reação é fantástico, como ocorre em toda reação nuclear em que temos a conversão de massa em energia. De fato, se observarmos a massa do núcleo de hélio formado, veremos que ela é um pouco menor do que a soma das massas dos núcleos de hidrogênio envolvidos.

Segundo a conhecida fórmula E = m x c x c , onde c é a velocidade da luz, basta uma pequena quantidade de matéria (m) para se obter uma grande quantidade de energia (c).

Estima-se que, em cada segundo são convertidas no interior do sol 4 milhões de toneladas em energia em cada segundo gerando 3 860 000 000 000 000 000 000 000 000 000 watts de energia!

Esta "perda" de massa pode assustar o leitor preocupado com o "estoque" de energia que ainda resta no Sol para ser "queimado". No entanto, se os números que indicam a energia produzida são enormes, os que indicam o que resta são maiores ainda: o Sol deve brilhar da mesma forma por pelo menos mais alguns bilhões de anos!

Poderia o leitor pensar então que, a cada instante os núcleos de hidrogênio estão se fundindo em núcleos de hélio e imediatamente a energia produzida chega até nós na forma de luz e calor.

Na verdade, o fenômeno não é tão simples. A circulação desta energia pelo Sol é um fenômeno bastante complicado que os cientistas procuram explicar.

O Sol é uma estrutura algo opaca para a energia que ele mesmo produz de modo que ela flui muito vagarosamente do interior para a superfície: daí a enorme temperatura do interior.

Os próprios núcleos de hidrogênio e hélio possuem uma pequena mobilidade, formando uma espécie de fluido com correntes de convecção bastante complicadas.

As chamadas manchas solares que vemos na superfície do Sol com instrumentos especiais são gigantescos rodamoinhos provocados pelas correntes.

Podemos dizer que se tratam de turbulências nas superfície do Sol, devidas à circulação de energia.

Além dessas turbulências, entretanto, existem outras e essas realmente podem nos afetar.

O desequilíbrio de pressões e mesmo de concentrações dos elementos mais pesados pode provocar fenômenos explosivos em determinados pontos logos abaixo da superfície solar.

Assim, com certa frequência são produzidas as chamadas "explosões solares" que lançam enormes quantidade de matéria para o alto (uma boa parte dela é atraída de volta para o Sol, mas eventualmente, pode ser lançada ao espaço), e também de energia, consistindo em raios X, partículas sub-atômicas, elétrons, etc. muitos dos quais bombardeiam a terra depois de percorrerem os 150 000 000 de quilômetros que nos separam.

 

A terra é constantemente bombardeada por partículas lançadas pelo sol.
A terra é constantemente bombardeada por partículas lançadas pelo sol.

 

Um fato interessante observado pelos cientistas é que o Sol passa por ciclos em que apresenta maior ou menor atividade, ou seja, ciclos em que temos maior quantidade de manchas (que na verdade são regiões levemente mais frias), assim como ciclos em que temos menor quantidade de explosões.

O ciclo mais importante para nós é o dos 11 anos das manchas solares, pois ele influi diretamente na atividade elétrica da alta atmosfera de nosso planeta que tanto influi nas telecomunicações como até em dispositivos eletrônicos aqui em baixo.

O último pico de atividade do Sol ocorreu em 1990 (Este artigo foi escrito em 1995), o que significa que na ocasião a terra foi submetido a um nível mais elevado de bombardeio de partículas lançadas pelo Sol, conforme mostra a figura 4.

 

O ciclo dos 11 anos e sua influência nas telecomunicações.
O ciclo dos 11 anos e sua influência nas telecomunicações.

 

Essas partículas, ao atingirem a terra têm diversos efeitos importantes:

 

a) Partículas carregadas que são emitidas pelo Sol durante as explosões alcançam a terra poucas horas depois e encontrando um forte campo magnético mudam sua trajetória. Essas partículas espiralam-se então acompanhando as linhas de força do campo magnético terrestre de modo a concentrarem-se principalmente nos pólos, conforme mostra a figura 5.

 

Partículas emitidas pelo Sol espiralam em direção aos pólos.
Partículas emitidas pelo Sol espiralam em direção aos pólos.

 

Entrando nas camadas altas da atmosfera com grande velocidade elas produzem uma luz difusa na forma de franjas. É a chamada Aurora Boreal que pode ser observadas nas latitudes mais altas, ou seja, nas proximidades dos pólos.

 

A aurora boreal é causada pela penetração das pastículas na alta atmosfera.
A aurora boreal é causada pela penetração das pastículas na alta atmosfera.

 

A estranha luz provocada por estas partículas eletrizadas está portanto diretamente associada à atividade solar.

 

b) As partículas carregadas também influem na ionosfera que, como sabemos, é responsável pelas comunicações de ondas curtas.

As ondas curtas, na faixa de 3 a 30 MHz refletem-se em diversas camadas eletrizadas da alta ionosfera, em distâncias que variam entre 80 e 400 km, e com isso podem alcançar grandes distâncias.

 

A ionosfera durante o dia e durante a noite.
A ionosfera durante o dia e durante a noite.

 

A ionosfera, entretanto, é bastante sensível a influência do Sol, tanto pelas partículas que são emitidas nas explosões, como resultantes da sua própria atividade normal.

É por este motivo que, durante o dia, as comunicações de ondas curtas em determinadas faixas de frequências são impossíveis, enquanto que em outras são dificultadas. As camadas refletoras da ionosfera só são formadas durante à noite, por estarem livres da radiação solar, conforme mostra a figura 8.

 

Com reflexões múltiplas os sinais de ondas curtas percorrem grandes distâncias.
Com reflexões múltiplas os sinais de ondas curtas percorrem grandes distâncias.

 

Os leitores que gostam de sintonizar as faixas de ondas curtas sabem muito bem que os horários mais favoráveis à escuta estão justamente entre 5 da tarde e 7 da manhã do dia seguinte.

Quando ocorre uma atividade mais intensa no Sol, mesmo à noite a propagação dos sinais pode ser afetada, caso em que tem-se um nível de reflexão menor, em que determinadas faixas de ondas torna-se impossíveis de serem usadas e até mesmo ocorre uma absorção de certas frequências.

Nos casos de perturbações solares muito intensas, como já ocorreu, as comunicações na faixa de ondas curtas podem ser completamente cortadas!

c) A atividade elétrica causada pelo banho de partículas na atmosfera pode gerar ruídos elétricos em toda a faixa de rádio.

Esses ruídos podem aparecer em linhas telefônicas comuns, afetando as comunicações, e em muitos outros sistemas elétricos.

 

OBSERVANDO O SOL

Evidentemente, se o Sol é uma fonte de radiação que cobre uma faixa muito mais ampla do que a da luz visível, a sua observação não se deve limitar ao uso de telescópios.

Na verdade, o uso do telescópio na observação solar deve ser feito de uma forma muito especial. Não podemos observar diretamente a superfície do Sol diretamente com qualquer meio óptico, pois isso nos deixaria cegos imediatamente.

A observação do Sol é feita com recursos ópticos especiais.

Os telescópios para amadores, de pequeno e médio porte, por exemplo, contam com sistema de projeção para observação indireta do Sol, conforme mostra a figura 9.

 

Figura 9 - Telescópio com anteparo para projetar a imagem do sol.
Figura 9 - Telescópio com anteparo para projetar a imagem do sol.

 

A imagem do Sol é projetada, ampliada, num anteparo de modo a poderem ser observadas as manchas solares.

Outros recursos incluem o uso de lentes especiais, de máscaras que "tampam" o disco solar de modo que somente a coroa possa ser observada, conforme mostra a figura 10.

 

Figura 10 - Protuberância solar em forma de arco.
Figura 10 - Protuberância solar em forma de arco.

 

No entanto, para os adeptos da eletrônica, a melhor observação da atividade solar é feita pelas ondas de rádio que o astro rei emite.

Uma faixa de emissão, bastante explorada pelos astrônomos amadores para a observação solar é a de 137 MHz. De fato, as explosões solares, conforme se verificou concentram uma grande potência de emissão nesta frequência, o que torna-a muito atraente para a observação. Nos Estados Unidos, rádio - astrônomos amadores adaptam receptores de FM para a faixa indicada, e usando antenas direcionais registram os sinais captados do Sol para estudos.

A luz solar e portanto as ondas de rádio demoram pouco naus de 8 minutos para percorrer o espaço entre a terra e o Sol o que significa que o astrônomo amador pode detectar o fenômeno 8 minutos depois dele atingir seu ponto crítico. (veja que, diferentemente das ondas de rádio, as partículas que afetam a atmosfera como os elétrons acelerados, chegam aqui várias horas depois de emitidos, pois são mais lentos).

Uma outra faixa em que a influência solar é bastante intensa é a de VLF (Very Low Frequency) em torno de 27 kHz.

No entanto, a recepção nesta faixa não é tão simples, exigindo antenas longas, para o que nem todos possuem espaço disponível. Mas, o problema maior para se monitorar o Sol nesta faixa, é que se torna bastante difícil distinguir os "ruídos" que o astro-rei produz dos ruídos produzidos pelo homem com máquinas, aparelhos elétricos, etc.

 

CONCLUSÃO

O Sol não é apenas uma fonte de luz e calor que nos mantém vivos. Como fonte de diversas formas de energia, e com muitos mistérios a serem descobertos, ele pode ser estudado com certa facilidade mesmo com recursos caseiros.

Os astrônomos amadores e radio - astrônomos encontram no Astro-rei uma fonte de revelações muito interessantes. Evidentemente, não basta ligar um rádio e "sintonizar" o Sol, como não basta apontar qualquer aparelho óptico para que possamos saber tudo que ocorre lá. O estudo dos mistérios do Sol exige um certo preparo tanto para a obtenção do equipamento certo como para seu manuseio, com a grande vantagem de que ele não está tão longe de seu alcance como pode parecer.


Cavalo
Olho vivo, porque cavalo não desce escada
Ibrahim Sued em "O globo", pasquim - Ver mais frases

Instituto Newton C Braga - 2014 - Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site
Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)