Uma equipe da Universidade de Nagoya, no Japão, observou, pela primeira vez, a transferência de energia de elétrons ressonantes para ondas de modo assobiador no espaço. Suas descobertas oferecem evidências diretas de crescimento eficiente previamente teorizado, conforme previsto pela teoria de crescimento não linear das ondas. Isso deve melhorar nossa compreensão não apenas da física do plasma espacial, mas também do clima espacial, um fenômeno que afeta os satélites.
Quando as pessoas imaginam o espaço sideral, muitas vezes o visualizam como um vácuo perfeito. Na verdade, essa impressão está errada porque o vácuo é preenchido por partículas carregadas. Nas profundezas do espaço, a densidade das partículas carregadas torna-se tão baixa que raramente colidem umas com as outras. Em vez de colisões, as forças relacionadas aos campos elétricos e magnéticos que preenchem o espaço controlam o movimento das partículas carregadas. Essa falta de colisões ocorre em todo o espaço, exceto em objetos celestes muito próximos, como estrelas, luas ou planetas. Nesses casos, as partículas carregadas não viajam mais pelo vácuo do espaço, mas sim por um meio onde podem atingir outras partículas.
Ao redor da Terra, essas interações de partículas carregadas geram ondas, incluindo ondas eletromagnéticas de modo assobiador, que dispersam e aceleram algumas das partículas carregadas. Quando auroras difusas aparecem em torno dos pólos dos planetas, os observadores estão vendo os resultados de uma interação entre ondas e elétrons. Como os campos eletromagnéticos são tão importantes no clima espacial, o estudo dessas interações deve ajudar os cientistas a prever variações na intensidade de partículas altamente energéticas. Isso pode ajudar a proteger astronautas e satélites dos efeitos mais severos do clima espacial.
Uma equipe composta pelo professor assistente designado Naritoshi Kitamura e pelo professor Yoshizumi Miyoshi, do Instituto de Ciências Espaciais e da Terra (ISEE) da Universidade de Nagoya, juntamente com pesquisadores da Universidade de Tóquio, da Universidade de Kyoto, da Universidade de Tohoku, da Universidade de Osaka e da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA), e vários colaboradores internacionais, usaram principalmente dados obtidos usando espectrômetros de elétrons de baixa energia, chamados Fast Plasma Investigation-Dual Electron Spectrometers, a bordo da espaçonave Magnetospheric Multiscale da NASA. Eles analisaram as interações entre elétrons e ondas de modo assobiador, que também foram medidas pela espaçonave. Aplicando um método de uso de um analisador de interação de partícula de onda, eles conseguiram detectar diretamente a transferência de energia em andamento de elétrons ressonantes para ondas de modo assobiador no local da espaçonave no espaço. A partir disso, eles derivaram a taxa de crescimento da onda. Os pesquisadores publicaram seus resultados na Nature Communications.
A descoberta mais importante foi que os resultados observados foram consistentes com a hipótese de que o crescimento não linear ocorre nessa interação. “Esta é a primeira vez que alguém observa diretamente o crescimento eficiente de ondas no espaço para a interação onda-partícula entre elétrons e ondas em modo assobiador”, explica Kitamura. “Esperamos que os resultados contribuam para a pesquisa sobre várias interações onda-partícula e também para melhorar nossa compreensão do progresso da pesquisa em física de plasma. Como fenômenos mais específicos, os resultados contribuirão para nossa compreensão da aceleração de elétrons para altas energias no cinturão de radiação, que às vezes são chamados de ‘elétrons assassinos’ porque causam danos aos satélites, bem como a perda de elétrons de alta energia na atmosfera, que formam auroras difusas.”
Publicado em 22/01/2023 23h06
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