Enquanto os filmes mostram a Terra como existindo em um canto calmo e intocado do universo, na realidade o ambiente do espaço próximo à Terra é perigoso e dinâmico.
Em qualquer dia, partículas quentes carregadas e bolhas de plasma, chamadas de vento solar, viajam do sol e são desviadas pelo campo magnético da Terra, causando belas auroras ao redor dos pólos norte e sul. Durante as tempestades solares, no entanto, o vento solar pode comprimir o campo magnético da Terra, fazendo com que as linhas do campo magnético se reorganizem e se reconectem (também conhecido como reconexão magnética), disparando plasma quente e denso de volta à Terra. Processos como esses são comumente chamados de clima espacial. Por causa do efeito que essas interrupções baseadas no espaço podem ter sobre elementos-chave de nossa sociedade moderna, como sistemas de telecomunicações e redes de energia, obter um bom entendimento desses processos é tão essencial quanto entender o clima no solo.
Um grande desafio na compreensão da reconexão magnética na magnetosfera da Terra tem sido a dificuldade em resolver os processos de escala cinética menores em observações de satélite. A espaçonave Magnetospheric Multi-Scale (MMS) da NASA, no entanto, recentemente tornou possível fazer estudos detalhados dessa física de microescala até então nunca vista.
Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) em Washington, DC têm usado dados MMS para estudar a física em microescala que ocorre na cauda magnética da Terra, uma porção fina da magnetosfera ilustrada na Figura 1. A cauda magnética é formada quando a magnetosfera da Terra é comprimida pelo vento solar em uma fina camada de corrente, criando um local ideal para estudar a reconexão magnética.
Cientistas do NRL fizeram recentemente a primeira observação de ondas de plasma impulsionadas por fluxos de elétrons altamente cortados (cisalhamento de velocidade) em uma dessas folhas de corrente comprimidas. O cisalhamento de velocidade é criado na folha de corrente quando um campo elétrico localizado orientado perpendicularmente ao campo magnético de fundo surge quando a folha de corrente é comprimida. Essas ondas são uma fonte rica de difusividades locais aprimoradas, que podem desencadear o processo de reconexão magnética.
Os cientistas do NRL também usaram essas observações para descobrir um componente-chave ausente nos modelos teóricos existentes de folhas finas de corrente e reconexão magnética – um campo elétrico ambipolar que se forma perpendicular à folha atual e se intensifica conforme a folha atual sofre forte compressão. Um novo modelo teórico foi desenvolvido desde então e indica que o campo elétrico ambipolar pode se desenvolver de forma autoconsistente em resposta à compressão global do plasma. Isso, por sua vez, produz o cisalhamento da velocidade que pode impulsionar as ondas observadas nos dados da espaçonave. A corrente impulsionada pelo fluxo de elétrons também altera os perfis do campo magnético e permite a formação de lâminas de corrente finas e não ideais, características que não podem ser explicadas simultaneamente pelos modelos padrão. Os resultados do modelo teórico lançam uma nova luz sobre a conexão fundamental entre a física da micro e da macroescala.
Essas descobertas desafiam a compreensão existente da física das lâminas de corrente finas, e a identificação das ondas de plasma impulsionadas pelo cisalhamento também estabelece a importância do campo elétrico ambipolar localizado e das condições altamente não homogêneas que conduzem a física. Esta compreensão mais profunda da física em pequenas escalas, quando combinada com os modelos de escala maior, levará a um conhecimento mais completo da dinâmica global e especialmente do fluxo de energia na heliosfera do sol para a vizinhança imediata da Terra que afeta o clima espacial perto da Terra.
Este trabalho é financiado pelos fundos da base do NRL.
Publicado em 09/11/2021 19h53
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