“Caminho de propagação” em forma de palha de ondas eletromagnéticas
Usando dados sobre ondas eletromagnéticas (EM) e partículas de plasma medidas simultaneamente por meio de vários satélites, um grupo de pesquisa colaborativa internacional descobriu a existência de um “caminho de propagação” invisível das ondas EM e elucidou o mecanismo pelo qual as ondas EM se propagam para o solo.
Sabe-se que vários tipos de ondas EM ocorrem naturalmente no geoespaço e causam variações no ambiente de plasma que circunda a Terra por meio de um processo físico conhecido como interação onda-partícula. Em particular, quando as tempestades geoespaciais ocorrem devido a perturbações do sol e do vento solar, as ondas EM tornam-se mais ativas e as variações do ambiente geoespacial às vezes podem causar danos às naves espaciais, expor os astronautas à radiação e causar falhas na rede de energia terrestre. Para entender a variação no ambiente de plasma causada por ondas EM no espaço, a medição in situ foi realizada no espaço usando espaçonaves, como o satélite geoespacial japonês “Arase”.
Como as ondas EM no espaço se propagam para longe de sua origem, para entender corretamente os efeitos das ondas EM, é crucial entender onde no espaço as ondas EM são geradas e como elas se propagam. No entanto, tem sido difícil desvendar a origem das ondas EM e os mistérios de como as ondas EM se espalham espacialmente usando apenas a observação de um único ponto. As “ondas eletromagnéticas de cíclotron (ondas EMIC)”, que são o foco deste estudo, são uma classe importante de ondas EM no geoespaço que controlam as variações no ambiente de plasma do geoespaço. A região de origem das ondas de modo iônico tem uma extensão espacial finita e as ondas EMIC geradas são consideradas como propagando-se de norte a sul ao longo das linhas do campo geomagnético. O tamanho espacial específico da região de origem da onda EMIC e o aspecto 3D de como o caminho de propagação é formado do espaço ao solo ainda não foram elucidados.
por Van Allen Probes, Arase, PWING e CARISMA
Visão geral dos resultados
O grupo de pesquisa colaborativa internacional, ligando observações do espaço usando as sondas japonesas “Arase” e “Van Allen Probes” dos EUA, com observações do “Projeto PWING” japonês e do “CARISMA Magnetometer Array” canadense, realizou com sucesso observações simultâneas de ondas EMIC de locais diferentes (Fig. 1). Ao comparar os dados de observação obtidos em cada local, ficou esclarecido que apenas as ondas que existem em um “caminho de propagação” em forma de canudo são capazes de viajar do espaço ao solo. As sondas Van Allen próximas ao equador geomagnético e os magnetômetros PWING e CARISMA no solo observaram as mesmas ondas EMIC, indicando a existência de um caminho de propagação das ondas EMIC entre o espaço e o solo. Arase observou as ondas EMIC nas latitudes médias e contribuiu para determinar o tamanho espacial do caminho de propagação (Fig. 2). Arase alcançou medições de ondas EM de alta qualidade com os instrumentos Plasma Wave Experiment (PWE) e Magnetic Field Experiment (MGF) a bordo da nave espacial, e o valor da observação de Arase foi significativamente aprimorado por meio da colaboração internacional.
As medições precisas de partículas de plasma obtidas de “Arase” e “Van Allen Probes” também mostraram que as ondas EMIC energizam íons térmicos à medida que se propagam ao longo do “caminho de propagação”; assim, eles causam alterações no ambiente de plasma ambiente. Sabe-se também que as ondas EMIC produzem auroras de prótons, e os resultados deste estudo podem ser interpretados como esclarecimentos sobre o caminho percorrido pela energia que é a fonte da aurora de prótons ao se propagar do espaço para o solo.
Direções futuras
Este estudo esclareceu o “caminho de propagação” para guiar as ondas EMIC do espaço ao solo. Ao compreender onde as ondas EMIC ocorrem no espaço e como se propagam, é possível esclarecer o mecanismo pelo qual a mudança do ambiente do plasma espacial ocorre simultaneamente no vasto geoespaço. Os resultados deste estudo contribuirão para melhorar a precisão da previsão do tempo espacial. Além disso, membros do grupo de pesquisa colaborativa internacional são responsáveis pelo desenvolvimento de instrumentos de ondas a bordo do orbitador BepiColombo / Mio for Mercury e da espaçonave JUICE (programada para lançamento em 2022) para o sistema Jovian. Com base nesses resultados, pretendemos elucidar o mecanismo de geração e propagação de ondas EM em outros planetas além da Terra, bem como avançar em direção a uma compreensão abrangente do ambiente espacial e contribuir para a previsão do tempo espacial.
Publicado em 12/12/2021 10h03
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