Os vastos “cinturões” ao redor da Terra aceleram partículas próximas à velocidade da luz, e agora sabemos

Quando você olha para o céu, a região do espaço ao redor da Terra pode parecer clara como uma canção, mas há tanta coisa acontecendo lá que simplesmente não podemos ver. Nos últimos anos, as sondas que estudam a radiação capturada pelo campo magnético da Terra encontraram algo estranho – elétrons voando a velocidades próximas à velocidade da luz.

Só isso não é a parte estranha. Elétrons próximos à velocidade da luz, ou relatividade, são bem conhecidos no universo, aumentados por aceleradores de partículas cósmicas. O estranho era a velocidade extra ocasional, SuperElétrons relativos aparecem – mas apenas durante algumas tempestades solares, não em outras.

Uma equipe de cientistas liderada pela astrofísica Hayley Allison do Centro Alemão GFZ de Geociências na Alemanha descobriu o porquê. E é tudo sobre os cinturões de radiação invisíveis cheios de partículas e enrolados ao redor da Terra.

Os pesquisadores descobriram que apenas se o plasma no cinturão de radiação estivesse muito esgotado antes de uma tempestade solar, os elétrons poderiam atingir essas velocidades ultra-rápidas.

Esses cinturões são oficialmente conhecidos como cinturões de radiação de Van Allen e estão localizados na bolsa espacial ao redor da Terra. O cinto interno se estende de De 640 a 9.600 quilômetros (400 a 6.000 milhas) de altitude, e o cinturão externo de cerca de 13.500 a 58.000 quilômetros. Quais regiões o campo magnético da Terra captura partículas carregadas do vento solar.

Aqui na Terra, essas regiões não afetarão significativamente nossa vida diária (embora possamos certamente notar se elas desaparecem e o vento solar pode nos ejetar livremente partículas carregadas), mas a região do espaço está imediatamente ao redor do planeta a uma altitude de cerca de 2.000 quilômetrosOnde colocamos a maioria dos nossos satélites. É aqui que saber que tipo de clima espacial pode produzir elétrons ultrarrápidos pode ser útil.

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Quando acelerados a velocidades tão altas, esses elétrons se tornam perigosos. Devido às suas altas energias, nem mesmo a melhor proteção pode impedi-los de se apagarem, e sua carga, quando penetram na espaçonave, pode destruir componentes eletrônicos sensíveis.

Então Allison e sua equipe começaram a analisar dados dos Sensores de Van Allen, a espaçonave gêmea que foi lançada para estudar os cinturões de Van Allen em 2012 (antes de serem desativados em 2019).

Durante esse tempo, os sensores registraram muitas tempestades solares, que são eventos intensos em que uma explosão do sol faz com que a magnetosfera da Terra seja coberta com vento solar e radiação.

Eles estavam procurando descobrir por que algumas dessas tempestades causaram o surgimento de elétrons ultrarrápidos e outras não. Em particular, eles queriam examinar o plasma.

As ondas de plasma – flutuações nos campos elétricos e magnéticos – são conhecidas por ter um efeito acelerador sobre os elétrons, que podem “surfar” as ondas de plasma da mesma forma que os esquiadores aquáticos usam ondas aquáticas para acelerá-las.

E a Tempestades Solares É conhecido por excitar ondas de plasma ao redor da Terra; Na verdade, os sensores de Van Allen ajudaram a descobrir que as ondas de plasma chamadas “coro” ao redor da Terra poderiam Aceleração de elétrons, Embora o efeito por si só fosse considerado insuficiente para explicar os elétrons ultrafinos observados. Os pesquisadores acreditam que deve haver algum tipo de processo de aceleração em duas etapas.

Portanto, a equipe comparou as observações de plasma feitas pelos sensores Van Allen com tempestades solares, com ou sem elétrons ultrafinos, para tentar descobrir o que estava acontecendo.

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A densidade do plasma é difícil de medir diretamente, mas a equipe foi capaz de inferir a densidade a partir das flutuações nos campos elétricos e magnéticos. Os pesquisadores descobriram que os elétrons ultrafinos estão associados ao esgotamento intenso da densidade do plasma e à presença de ondas de coro.

É um resultado que mostra que o processo de aceleração em dois estágios, como se pensava ser o responsável, não é necessário para os elétrons ultrarrápidos.

Embora a equipe tenha se concentrado nas velocidades máximas dos elétrons, eles também descobriram que, quando a densidade do plasma é mais baixa, as ondas chorus aceleram os elétrons a velocidades relativas em escalas de tempo mais curtas do que quando a densidade do plasma é maior.

“Este estudo mostra que os elétrons no cinturão de radiação da Terra podem ser instantaneamente acelerados localmente para energias infinitesimais, se as condições do ambiente de plasma – as ondas de plasma e a densidade de plasma temporariamente baixa – estiverem corretas,” O físico Yuri Sprits explicou Do Centro Alemão GFZ de Geociências e da Universidade de Potsdam na Alemanha.

“As partículas podem ser vistas como surfando em ondas de plasma. Em regiões de densidade plasmática extremamente baixa, elas só podem absorver muita energia das ondas de plasma. Mecanismos semelhantes podem operar nas bainhas magnéticas de exoplanetas, como Júpiter ou Saturno, e em outros corpos astrofísicos. “”.

A pesquisa foi publicada em Avanços da ciência.

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