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Os primeiros desenhos datáveis de manchas solares baseados nas observações solares de Johannes Kepler com a câmera escura em maio de 1607. Crédito: Kepler, J. 1609, Phaenomenon singulare seu Mercurius in Sole, Thomae Schureri, Lipisiae
Usando métodos estatísticos atualizados e dados históricos, cientistas reinterpretaram os desenhos de manchas solares de Johannes Kepler, lançando luz sobre os ciclos solares antes do Mínimo de Maunder e o início da era telescópica da astronomia.
Pesquisadores reexaminaram os desenhos de manchas solares meio esquecidos de Johannes Kepler usando técnicas modernas e revelaram informações previamente ocultas sobre os ciclos solares antes do grande mínimo solar. Ao recriar as condições das observações do grande astrônomo e aplicar a lei de Spörer à luz das estatísticas modernas, um grupo colaborativo internacional liderado por Universidade de Nagoya no Japão mediu a posição do grupo de manchas solares de Kepler, colocando-o no final do ciclo solar antes do ciclo que Thomas Harriot, Galileu Galilei e outros observadores telescópicos antigos testemunharam mais tarde.
As descobertas do grupo, relatadas em Cartas de periódicos astrofísicosoferecem uma chave para resolver a controvérsia sobre a duração dos ciclos solares no início do século XVII, que estão associados à transição de ciclos solares regulares para o grande mínimo solar, conhecido como o Mínimo de Maunder (1645–1715). Um grande mínimo solar é um período anormalmente prolongado de baixa atividade de manchas solares, o que é importante para informar os pesquisadores sobre a atividade solar e seu efeito na Terra.
Com base na observação de Kepler, os pesquisadores sugeriram o intervalo de limite de ciclo entre os Ciclos Solares −14 e −13, conforme indicado em linhas vermelhas, em comparação com as reconstruções do número de manchas solares (grupo) com base nos registros de manchas solares na curva azul (Svalgaard & Schatten, 2016) e dados de anéis de árvores 14C na curva preta (Usoskin et al., 2021) e curva verde (Miyahara et al., 2021). A reconstrução dos autores contradiz a alegação controversa de que um ciclo solar extremamente curto e um extremamente longo (verde) e está em conformidade com os ciclos solares regulares (preto). Crédito: Dr. Hisashi Hayakawa
Primeiros registros instrumentais de Kepler
Kepler, renomado por suas realizações históricas em astronomia e matemática, fez um dos primeiros registros instrumentais datáveis da atividade solar no início do século XVII, antes dos primeiros desenhos telescópicos de manchas solares. Ele usou um aparelho conhecido como câmera escura, consistindo de um pequeno furo na parede para projetar a imagem do Sol em uma folha de papel, o que lhe permitiu esboçar características visíveis no Sol.
Em maio de 1607, ele registrou o que erroneamente interpretou como um trânsito de Mercúrio pelo Sol, mais tarde esclarecido como um avistamento de grupo de manchas solares. Manchas solares são áreas na superfície do Sol que parecem mais escuras devido à intensa atividade magnética. Sua ocorrência, frequência e distribuições latitudinais aparecem em ciclos que afetam a radiação solar e o clima espacial.
Hisashi Hayakawa, o principal autor do estudo, acredita que os pesquisadores subestimaram a importância dessa descoberta. “Como esse registro não foi uma observação telescópica, ele só foi discutido no contexto da história da ciência e não foi usado para análises quantitativas dos ciclos solares no século XVII”, disse ele. “Mas esse é o esboço de mancha solar mais antigo já feito com uma observação instrumental e uma projeção.”
Ele continuou: “Percebemos que esse desenho de manchas solares deveria ser capaz de nos dizer a localização delas e indicar a fase do ciclo solar em 1607, desde que conseguíssemos restringir o ponto e o tempo de observação e reconstruir a inclinação das coordenadas heliográficas – ou seja, as posições das características na superfície do Sol – naquele ponto no tempo.”
Um grupo de manchas solares a olho nu em 11 de maio de 2024, conforme fotografado por ETH Teague, um dos autores do artigo. Crédito: ©︎ ETH Teague
Insights críticos sobre 17º Atividade Solar do Século
As observações foram importantes porque o século XVII foi um período crucial no ciclo solar, não apenas porque as observações das manchas solares estavam apenas começando, mas também porque a atividade solar passou dos ciclos solares normais para o Mínimo de Maunder, um grande mínimo solar único na história observacional.
Não se entende completamente como o padrão de atividade solar mudou de ciclos regulares para o grande mínimo, além de que a transição foi gradual. Uma das reconstruções anteriores baseadas em anéis de árvores reivindicou uma sequência consistindo de um ciclo solar extremamente curto (≈ 5 anos) e um ciclo solar extremamente longo (≈ 16 anos), associando essas durações anômalas de ciclo solar com um precursor da transição de ciclos solares regulares para o grande mínimo solar.
“Se for verdade, isso seria realmente interessante. No entanto, outra reconstrução baseada em anéis de árvores indicou uma sequência de ciclos solares com durações normais”, disse Hisashi Hayakawa, da Universidade de Nagoya; “Então, em qual reconstrução devemos confiar? É extremamente importante verificar essas reconstruções com registros independentes – de preferência observacionais.”
Decifrando os ciclos solares históricos
O registro de manchas solares de Kepler é uma referência observacional essencial. Ao analisar os registros de Kepler e compará-los com dados contemporâneos e estatísticas modernas, os pesquisadores fizeram várias descobertas importantes:
Primeiro, depois de 'desprojetar' os desenhos de manchas solares de Kepler e compensar o ângulo da posição solar, eles colocaram o grupo de manchas solares de Kepler em uma latitude heliográfica baixa. Isso sugere que o famoso desenho esquemático da imagem solar que Kepler diagrama em seu livro não é consistente com o texto original de Kepler e as duas imagens da câmera obscura, que mostram a mancha solar na porção superior esquerda do disco solar.
Em segundo lugar, ao aplicar a lei de Spörer e o conhecimento obtido com as estatísticas modernas sobre manchas solares, eles identificaram que o grupo de manchas solares provavelmente está localizado no final do ciclo solar -13, e não no início do ciclo solar -14.
Terceiro, suas descobertas contrastam com observações telescópicas posteriores, que mostram manchas solares em latitudes mais altas. “Isso mostra uma transição típica do ciclo solar anterior para o ciclo seguinte, de acordo com a lei de Spörer”, disse Thomas Teague, um observador do WDC SILSO e membro da equipe, referindo-se ao astrônomo alemão Gustav Spörer, que descreveu uma migração de manchas solares de latitudes mais altas para mais baixas durante um ciclo solar.
Quarto, essa descoberta permite que os autores aproximem a transição entre o ciclo solar anterior (-14) e o próximo ciclo solar (-13) entre 1607 e 1610, estreitando as datas possíveis quando ocorreu. Com base nisso, os registros de Kepler sugeriram uma duração regular para o ciclo solar-13, desafiando reconstruções alternativas que propõem um ciclo extremamente longo durante esse período.
Continuando o legado de Kepler
“O legado de Kepler se estende além de sua proeza observacional; ele informa debates em andamento sobre a transição de ciclos solares regulares para o Mínimo de Maunder, um período de atividade solar extremamente reduzida e assimetria hemisférica anômala entre 1645 e 1715”, explicou Hayakawa. “Ao situar as descobertas de Kepler dentro de reconstruções mais amplas da atividade solar, os cientistas ganham contexto crucial para interpretar mudanças no comportamento solar neste período crucial que marca uma transição de ciclos solares regulares para o grande mínimo solar.”
“Kepler contribuiu com muitos marcos históricos em astronomia e física no século XVII, deixando seu legado até mesmo na era espacial”, disse Hayakawa. “Aqui, acrescentamos a isso ao mostrar que os registros de manchas solares de Kepler são anteriores aos registros telescópicos de manchas solares existentes de 1610 por vários anos. Seus esboços de manchas solares servem como um testamento de sua perspicácia científica e perseverança diante de restrições tecnológicas.”
Sabrina Bechet, pesquisadora do Observatório Real da Bélgica, acrescentou: “Como um dos meus colegas me disse, é fascinante ver os registros de legado de figuras históricas transmitirem implicações científicas cruciais para cientistas modernos, mesmo séculos depois. Duvido que eles pudessem imaginar que seus registros beneficiariam a comunidade científica muito mais tarde, bem depois de suas mortes. Ainda temos muito a aprender com essas figuras históricas, além da história da ciência em si. No caso de Kepler, estamos nos ombros de um gigante científico.”
Referência: “Analyses of Johannes Kepler's Sunspot Drawings in 1607: A Revised Scenario for the Solar Cycles in the Early 17th Century” por Hisashi Hayakawa, Koji Murata, E. Thomas H. Teague, Sabrina Bechet e Mitsuru Sôma, 25 de julho de 2024, Cartas do Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57c9