O caso das partículas relativísticas é solucionado com missões da NASA

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Créditos: NASA.

Publicado na NASA

Circundando o planeta Terra estão dois grandes anéis, chamados cinturões de radiação de Van Allen, onde existem íons e elétrons altamente energizados. Vários processos podem contribuir para a aceleração dessas partículas a velocidades relativísticas (velocidades próximas a da luz). Vários processos podem acelerar essas partículas a essas velocidades, o que pode colocar em risco uma espaçonave ao adentrar nessa gigante banda de radiação prejudicial. Os cientistas já haviam identificado certos fatores que poderiam causar um aumento de energia nas partículas dos cinturões, porém eles não conseguiam descrever precisamente.

Agora, com as novas pesquisas desenvolvidas pelas missões NASA’s Van Allen Probes e THEMIS (The Time History of Events and Macroscale Interactions During Substorms), publicadas no Geophysical Research Letters, o veredito é que o principal culpado é um processo conhecido como aceleração local, causado por ondas eletromagnéticas conhecidas como chorus wave. Com tons audíveis muito característicos, lembrando o assobiar dos pássaros, as chorus waves aceleram as partículas repetidamente, como uma mão que dá o embalo constante em um balanço do jardim da infância. Essa ideia não era amplamente aceita pela academia antes dessas missões.

O estabelecimento da principal causa dos aumento das correntes de radiação de Van Allen fornece informações importantes para modelos que preveem o clima espacial – portanto, protegerá nossas tecnologias que dependem do ambiente espacial.

“Tivemos estudos no passado que analisavam eventos individuais, por isso sabíamos que a aceleração local seria importante para alguns desses eventos, mas acho que foi uma surpresa sobre o quão relevante é a aceleração local”, disse Alex Boyd, principal autor e pesquisador do New Mexico Consortium, em Los Alamos, Novo México. “Os resultados finalmente abordam essa controvérsia principal que tivemos sobre os cinturões de radiação por muitos anos”.

Existem duas causas principais de energização de partículas nas correntes de Van Allen: a difusão radial e a aceleração local. A difusão radial, que frequentemente ocorre durante as tempestades solares, ocorre lentamente e repetidamente empurrando as partículas para mais perto da Terra, onde acabam ganhando mais energia dos campos magnéticos que encontram. Muitos cientistas achavam que essa era a principal, ou mesmo a única causa de energização.

No entanto, no início de sua missão, as sondas mostraram que a aceleração local, causada por partículas que interagem com ondas de campos elétricos e magnéticos flutuantes, também pode fornecer energia para as partículas. A nova pesquisa, que analisou quase uma centena de eventos ao longo de quase cinco anos, mostra que essas interações onda-partícula são responsáveis por energizar partículas ao redor da Terra em 87% do tempo.

Os cientistas sabiam que a aceleração local estava em ação porque eles observavam montanhas de partículas energéticas crescendo em um lugar, como prevê o mecanismo de aceleração local, em vez de deslizar na Terra como a difusão faria.

Esse é um porcentual grande para um processo que não foi percebido como um forte candidato até cinco anos atrás. “A difusão radial é definitivamente importante para os cinturões de radiação, mas as interações onda-partícula são muito mais importantes do que imaginávamos”, disse Geoff Reeves, coautor do New Mexico Consortium.

Referência

  • What Causes Radiation Belt Enhancements: A Survey of the Van Allen Probes Era, Geophysical Research Letters (2018). doi.org/10.1029/2018GL077699
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