De onde vem a energia que alimenta a Terra e que supre as necessidades de todos os seres vivos, além de toda sorte de máquinas e equipamentos das mais diversas tecnologias? Vem direta ou indiretamente do Sol (do latim, solis), estrela mãe de nosso sistema planetário, que irradia luz, calor e outras formas de energia eletromagnética em todas as direções, despejando sobre o nosso planeta, em média, 1366 joules por segundo, por metro quadrado de superfície irradiada. Esse número é conhecido como Constante solar.

Foto do sol feita pela Nasa

Nos vegetais, a energia solar sintetiza, pelo processo da fotossíntese, a formação de glicose, nutriente vital. Esses vegetais vão servir de alimento para diversos outros organismos, inclusive alguns mamíferos, prestando-se como base de uma cadeia alimentar que se estende até o homem. Da cana de açúcar, do milho, da mamona e de outros insumos de origem vegetal derivam-se vários tipos de combustíveis, como o etanol e o biodiesel. De vegetais e outros substratos decompostos ao longo de milhões de anos advém o petróleo e o carvão mineral, itens ainda primordiais na matriz energética do planeta. A energia dos ventos (eólica) também provém primariamente da energia solar, que trabalha para movimentar as diversas camadas atmosféricas. O mesmo ocorre com a energia das marés (maremotriz) e a energia hídrica, proveniente de hidrelétricas. É importante lembrar que a água líquida existente na Terra está condicionada à privilegiada posição do planeta em relação ao Sol e ao regime de chuvas, totalmente dependente de manifestações solares.

Em comparação com o Sol, a Terra é um pequeno grão de poeira cósmica. A distância da estrela ao nosso planeta varia de 147,1 milhões de quilômetros, no periélio, a 152,1 milhões de quilômetros, no afélio. A energia radiante solar gasta cerca de 8min e 18s para atingir a Terra, transpondo algo como 150 milhões de quilômetros (o que equivale a uma unidade astronômica – UA), à velocidade da luz:  A massa da estrela é 332 830 vezes a da Terra e o raio médio, 108,97 vezes o do nosso planeta. Seriam necessárias cerca de 109 Terras para cobrir o disco solar ou, o que é mais impressionante, caberiam aproximadamente 1,3 milhões de Terras dentro do Sol.

Já no século XIX, os astrônomos sabiam que a energia solar não poderia ser gerada por combustão, uma vez que, por essa via, o Sol se manteria brilhante por apenas 10 mil anos. Tampouco a teoria do Colapso Gravitacional, proposta pelo físico alemão Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821 – 1894), explicou satisfatoriamente a energia emanada do Sol. Segundo essa teoria, o Sol poderia brilhar por somente 20 milhões de anos, o que contrariava evidências geológicas que indicam ainda hoje que a Terra, e também o Sol, têm idade estimada em 4,5 bilhões de anos.

Em 1937, Hans Albrecht Bethe (1906 – 2005) propôs uma nova explicação, aceita atualmente, para a procedência da energia solar: ela provém de reações termonucleares, de fusão nuclear, em que quatro prótons, pertencentes a quatro núcleos de hidrogênio, se aglutinam para formar uma partícula α, núcleo do átomo de hélio. Dessa forma, o Sol, constituído por 73,46% de hidrogênio e 24,85% de hélio – portanto, quase a totalidade da estrela – teria “combustível” suficiente para mais 6,5 bilhões de anos, aproximadamente. Na transformação dos quatro prótons em uma partículas α, há uma “perda” de massa de 0,7%. Essa redução de matéria, fruto do contínuo processo de fusão nuclear, é transformada em energia de acordo com a equação de Einstein,   .

A esfera solar, constituída basicamente por gases e plasma, tem três partes bem distintas: o núcleo, onde se processam as reações de fusão nuclear, com temperaturas da ordem de 13 600 000 K, a região radioativa, intermediária, e a região convectiva. Nesta parte, a energia produzida no núcleo é levada à superfície pela movimentação de massas quentes que se deslocam por diferença de densidades. A região convectiva é coberta por uma tênue camada, denominada fotosfera, que é a “capa” externa que caracteriza as imagens do Sol captadas de observatórios astronômicos. Paradoxalmente, a fotosfera não é tão quente como se imagina: suas temperaturas rondam os 5 778 K (temperatura efetiva). Nas imagens do Sol, as partes mais claras indicam maior atividade energética e as partes mais escuras – eventualmente, as manchas solares – identificam regiões da estrela com menor liberação de energia.

As camadas acima da fotosfera constituem a atmosfera solar. A primeira, imediatamente superior, é a cromosfera, com temperaturas variando de . A camada mais externa chama-se coroa solar. Esta é extremamente rarefeita e se estende para além do Sistema Solar. As razões da elevação da temperatura desde a fotosfera até as camadas sobrejacentes é fato ainda não devidamente explicado pelos cientistas, constituindo-se em um grande enigma para os astrofísicos que estudam o Sol.

Foto da coroa solar

O Sol desfruta de um equilíbrio hidrodinâmico em que forças opostas trabalham concomitantemente: uma é a força gravitacional, dirigida para o núcleo, que tende a prensar toda a massa da estrela em sua região central, onde se registram pressões da ordem de 340 bilhões de vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar, e a outra é uma força de pressão que empurra as massas quentes produzidas no núcleo para a região superficial (convecção).

Devido à estrutura gasosa do Sol, o movimento de rotação da estrela imprime diferentes velocidades angulares em pontos superficiais da região equatorial e da região polar. Próximo ao equador do Sol, o período de rotação é de 25 dias terrestres, aproximadamente, enquanto que nas vizinhanças dos polos, é cerca de 34 dias. Isso provoca ciclicamente, a cada 11 anos em média, inversão no campo magnético da estrela, o que acarreta na Terra as chamadas tempestades solares, que são interferências magnéticas significativas e maior incidência de partículas procedentes da coroa solar.

As tempestades solares podem afetar satélites artificiais terrestres e as telecomunicações em geral, com possibilidade de transtornos nas transmissões de rádio, TV e telefonia celular. Esse blackout pode trazer problemas na operação de aeroportos, estações ferroviárias e sistemas que dependem de GPS (sigla em inglês para Global Positioning Sistem). As tempestades solares também proporcionam efeitos belíssimos, como a intensificação de auroras boreais e austrais. Nesses casos, o céu é aclarado por rajadas multicoloridas (predominantemente verdes e vermelhas) devido à interação de partículas solares em alta velocidade com o campo magnético do planeta, mais intenso nas regiões polares.

Mas, o Sol esgotará seu combustível nuclear… A grande “fornalha” colapsará, transformando-se primeiramente numa gigante vermelha e por fim numa anã branca. Os primeiros sintomas desse colapso serão notados na Terra por um grande aumento de temperatura que fará evaporarem todas as águas da superfície do planeta. Por fim, todos os planetas do Sistema Solar serão “engolidos” pelo Sol.

Com isso, todo o tipo de vida por aqui se extinguirá!

Ciclo de vida do sol

A boa notícia, porém, é que isso ainda demandará muito tempo, cerca de cinco bilhões de anos…