Cientistas da UCLA descobriram uma nova fonte de elétrons super-rápidos e energéticos chovendo na Terra, um fenômeno que contribui para a colorida aurora boreal, mas também representa riscos para satélites, espaçonaves e astronautas.
Os pesquisadores observaram “precipitação de elétrons” inesperada e rápida da órbita baixa da Terra usando a missão ELFIN, um par de pequenos satélites construídos e operados no campus da UCLA por estudantes de graduação e pós-graduação guiados por uma pequena equipe de mentores.
Ao combinar os dados do ELFIN com observações mais distantes da espaçonave THEMIS da NASA, os cientistas determinaram que a chuva repentina foi causada por ondas de assobio, um tipo de onda eletromagnética que ondula através do plasma no espaço e afeta os elétrons na magnetosfera da Terra, fazendo com que eles ” transbordar” para a atmosfera.
Suas descobertas, publicadas em 25 de março na revista Nature Communications, demonstram que as ondas de assobio são responsáveis por muito mais chuva de elétrons do que as teorias atuais e os modelos de clima espacial predizem.
“ELFIN é o primeiro satélite a medir esses elétrons super-rápidos”, disse Xiaojia Zhang, principal autor e pesquisador do departamento de ciências da Terra, planetárias e espaciais da UCLA. “A missão está gerando novos insights devido ao seu ponto de vista único na cadeia de eventos que os produz.”
Central para essa cadeia de eventos é o ambiente espacial próximo à Terra, que é preenchido com partículas carregadas orbitando em anéis gigantes ao redor do planeta, chamados cinturões de radiação de Van Allen. Os elétrons nesses cinturões viajam em espirais semelhantes a Slinky que literalmente saltam entre os pólos norte e sul da Terra. Sob certas condições, ondas de assobio são geradas dentro dos cinturões de radiação, energizando e acelerando os elétrons. Isso efetivamente estica tanto o caminho de viagem dos elétrons que eles caem dos cinturões e precipitam na atmosfera, criando a chuva de elétrons.
Pode-se imaginar os cinturões de Van Allen como um grande reservatório cheio de água – ou, neste caso, elétrons, disse Vassilis Angelopolous, professor de física espacial da UCLA e investigador principal do EL. À medida que o reservatório enche, a água periodicamente desce em espiral para um dreno de medição para evitar que uma bacia transborde. Mas quando grandes bordas ondas no reservatório, a água borbulhante transborda pela borda, mais rápido e em maior volume do que a drenagem do relevo. O ELFIN, que é um jusante de ambos os fluxos, é capaz de medir como contribuições de cada um.
As medições de chuva de elétrons de baixa altitude pelo ELFIN, combinadas com as observações THEMIS de ondas de assobio no espaço e modelagem computacional sofisticada, permitiram que a equipe entendesse em detalhes o processo pelo qual as ondas fazem com que torrentes rápidas de elétrons fluam para a atmosfera.
As descobertas são particularmente importantes porque as teorias atuais e os modelos de clima espacial, embora considerem outras fontes de elétrons que entram na atmosfera, não preveem esse fluxo extra de elétrons induzido por ondas de assobio, que pode afetar a química atmosférica da Terra, representar riscos para naves espaciais e danificar baixas -satélites em órbita.
Os pesquisadores mostraram ainda que esse tipo de perda de elétrons do cinturão de radiação para a atmosfera pode aumentar significativamente durante tempestades geomagnéticas, distúrbios causados pela atividade solar aprimorada que podem afetar o espaço próximo à Terra e o ambiente magnético da Terra.
“Embora o espaço seja comumente pensado para ser separado da nossa atmosfera superior, os dois estão inextricavelmente ligados”, disse Angelopoulos. “Entender como eles estão ligados pode beneficiar satélites e astronautas que passam pela região, que são cada vez mais importantes para o comércio, telecomunicações e turismo espacial”.
Desde a sua criação em 2013, mais de 300 estudantes da UCLA trabalharam no ELFIN (Electron Losses and Fields research), que é financiado pela NASA e pela National Science Foundation. Os dois microssatélites, cada um do tamanho de um pão e pesando cerca de 8 quilos, foram lançados em órbita em 2018 e, desde então, observam a atividade de elétrons energéticos e ajudam os cientistas a entender melhor o efeito das tempestades magnéticas nas proximidades. -Espaço terrestre. Os satélites são operados a partir do Centro de Operações da Missão da UCLA no campus.
“É muito gratificante aumentar nosso conhecimento de ciência espacial usando dados do hardware que construímos”, disse Colin Wilkins, coautor da pesquisa atual, líder de instrumentos no ELFIN e estudante de doutorado em física espacial no departamento. das ciências da Terra, planetárias e espaciais.
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