The recent anomalously weak polar field does not imply a weak field at solar cycle 25 minimum

Resumo Técnico: O Recente Campo Polar Anormalmente Fraco Não Implica um Campo Fraco no Mínimo do Ciclo Solar 25

Definição do Problema
O Ciclo Solar 25 progrediu além de seu pico de número de manchas solares e é estatisticamente mais forte que o Ciclo 24. No entanto, dados observacionais do Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) no Solar Dynamics Observatory (SDO) revelam um campo polar anormalmente fraco, particularmente no hemisfério norte, que vem diminuindo desde meados de 2025. Esse declínio é impulsionado por um proeminente surto de fluxo em direção aos polos. Como a força do campo polar no mínimo do ciclo solar serve como um precursor para a amplitude do ciclo subsequente (Ciclo 26), há uma preocupação significativa de que o enfraquecimento atual indique um Ciclo 26 excepcionalmente fraco. O problema central abordado é se esse decréscimo temporal de curto prazo no campo polar exige um campo polar fraco no mínimo do Ciclo 25, ou se a evolução de longo prazo irá se recuperar para um estado mais forte.

Metodologia
Os autores empregam um modelo de Transporte de Fluxo Superficial (SFT - Surface Flux Transport) acoplado a uma previsão estatística da emergência de Regiões Ativas (ARs) para simular a evolução do campo magnético de grande escala do Sol durante o restante do Ciclo 25.

1. Previsão de Emergência de ARs: O estudo adota e refina o método de previsão estatística de Jiang et al. (2018) e Jiang (2020).

   • Números de Manchas Solares (SN): O perfil mensal de SN é modelado usando a função de Hathaway et al. (1994) para a fase ascendente, com correções para a fase descendente baseadas em Jiang et al. (2018). Realizações aleatórias são geradas adicionando ruído dependente do tempo derivado do desvio padrão dos Ciclos 12–24.
   • Propriedades das ARs: ARs bipolares são geradas com tempos de emergência diários aleatórios que satisfazem a contagem mensal de SN. Suas latitudes seguem uma distribuição Gaussiana dependente da fase do ciclo (gerando um diagrama de borboleta), e suas áreas seguem distribuições específicas.
   • Ângulo de Inclinação e Fluxo: O ângulo de inclinação segue uma forma linear da Lei de Joy ($\alpha = T_n|\lambda| + \sigma(A) \cdot X$). O estudo incorpora resultados observacionais atualizados para dispersão de inclinação (de Qin et al., 2025) e amortecimento de inclinação (tilt quenching) (de Jiao et al., 2021), aplicando um fator de correção de 0,7 para considerar efeitos de influxo. O fluxo magnético é calculado com base na área da AR usando uma relação de lei de potência de Qin et al. (2025).
   • Simulações de Conjunto (Ensemble): 100 realizações aleatórias da emergência de ARs são simuladas para determinar a expectativa e a faixa de incerteza (1$\sigma$) da evolução do campo polar.

2. Modelo de Transporte de Fluxo Superficial (SFT):

   • O modelo resolve a componente radial da equação de indução na fotosfera, incorporando rotação diferencial (Snodgrass 1983), fluxo meridional (velocidade de pico de 13 m s$^{-1}$) e difusão turbulenta ($\eta_T = 450$ km$^2$ s$^{-1}$).
   • O campo magnético inicial é definido usando o magnetograma sinóptico do HMI da Rotação de Carrington (CR) 2309 (abril de 2026).
   • As ARs previstas são inseridas como manchas de fluxo gaussianas bipolares com polaridades opostas, separadas por uma distância angular dependente de sua área.

3. Análise de Fonte: Para entender o mecanismo específico por trás da diminuição do campo polar em 2026, os autores isolam as ARs que emergem no hemisfério norte durante as CRs 2275–2285 (setembro de 2023–junho de 2024). Eles realizam uma simulação SFT dedicada usando apenas essas ARs (sem um campo inicial) para rastrear sua contribuição específica para o surto em direção aos polos.

Principais Resultados

• Previsão do Campo Polar no Mínimo do Ciclo 25: Apesar do enfraquecimento atual, as simulações de conjunto preveem que o campo polar no mínimo do Ciclo 25 (final de 2031) será de $-5,62 \pm 1,61$ G no norte e $5,51 \pm 1,48$ G no sul.
• Comparação com o Ciclo 24: Esses valores previstos são aproximadamente 1$\sigma$ mais fortes do que a força do campo polar ao final do Ciclo 24 (2,5 G). Consequentemente, o momento de dipolo axial previsto é de $-2,70 \pm 0,76$ G, também mais forte que o mínimo do Ciclo 24.
• Mecanismo de Enfraquecimento Temporário: A análise do surto em direção aos polos que causa a diminuição de 2026 revela que este se origina de um grupo de ARs de alta latitude (em torno de 20$^\circ$) que emergem durante as CRs 2275–2285. Embora essas ARs de alta latitude gerem surtos proeminentes de polaridade líder que reduzem temporariamente a força do campo polar, elas não resultam em uma contribuição líquida negativa para o campo polar final. A contribuição coletiva de todas as ARs, incluindo as de baixa latitude, resulta em um aumento líquido no campo polar no mínimo do ciclo.
• Estimativa do Ciclo 26: Usando a relação de precursor linear $S_{n+1} = 58,7 D_n$ (Jiang et al. 2018), a amplitude do Ciclo 26 é estimada em $158 \pm 45$. Isso sugere que o Ciclo 26 será provavelmente moderado e comparável ao Ciclo 25 (que atingiu o pico em 160,9), em vez de excepcionalmente fraco.

Significância e Alegações
O artigo afirma resolver a contradição aparente entre as observações atuais de campo polar fraco e a força esperada do próximo ciclo solar. A principal significância reside em demonstrar que o evolução de curto prazo do campo polar não deve ser simplesmente correlacionada com as propriedades de longo prazo do campo de grande escala do Sol.

Especificamente, os autores esclarecem que:

1. O surto em direção aos polos que causa a diminuição atual é um efeito transitório impulsionado por ARs de alta latitude que, apesar de seu impacto negativo temporário na força do campo, contribuem com um aumento líquido positivo para o campo polar no mínimo do ciclo.
2. O campo polar fraco atual dificilmente levará a um mínimo fraco do Ciclo 25 ou a um Ciclo 26 excepcionalmente fraco.
3. O método precursor SFT, ao considerar as propriedades estatísticas da emergência de ARs e a natureza específica do surto em direção aos polos, fornece uma previsão robusta de que o Ciclo 26 será provavelmente um ciclo moderado, continuando a tendência de recuperação do fraco Ciclo 24.

Os autores observam que, embora a previsão para o Ciclo 26 seja preliminar e sujeita a incertezas no método de precursor (como limites observacionais em altas latitudes e a natureza estocástica das ARs), a conclusão imediata sobre o mínimo do Ciclo 25 é que o enfraquecimento atual não é um precursor de um mínimo grandioso ou de um próximo ciclo significativamente fraco.