Cientistas do Centro Alemão de Geociências GFZ, na Alemanha, liderados pela física espacial Hayley Allison, publicaram
recentemente na revista científica Science Advances, como pode haver
elétrons aceleradíssimos no campo magnético terrestre. Nos últimos anos,
entre 2012 e 2019, as sondas que estudam a radiação capturada pelo
campo magnético da Terra descobriram como estes elétrons, também
conhecidos como relativísticos, que são impulsionados por aceleradores
de partículas cósmicas, parecem estar perto da velocidade da luz, sendo
assim chamados elétrons ultrarrelativísticos.
E tudo isso tem a ver com cinturões de radiação invisíveis cheios de
partículas como se estivessem enrolados em torno da Terra, ou cinturões
de radiação de Van Allen. De acordo com o site Science Alert, os
pesquisadores verificaram que somente se o plasma tiver sido
significativamente esgotado em um cinturão de radiação antes de uma
tempestade solar, é que os elétrons podem atingir essas velocidades
ultrarrelativísticas. O fenômeno foi observado apenas durante alguns tipos de tempestades solares.
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Foto / NASA/SDO/Uritsky, et al.
'Plumas' na coroa solar
Esses cinturões, que estão localizados quase que imediatamente ao
redor da Terra, são regiões nas quais o campo magnético do planeta
captura partículas carregadas de vento solar. O cinturão mais interno se
estende de 640 a 9,6 mil quilômetros de altitude, e o cinturão mais
externo – de cerca de 13,5 mil a 58 mil quilômetros.
Para os terráqueos, a existência dos cinturões não é notada no dia a
dia. Entretanto, sem eles o vento solar nos atingiria livremente com
estas partículas carregadas de energia. E tal descoberta também pode ser
útil para a instalação de satélites, que são normalmente posicionados a
cerca de dois mil quilômetros da superfície terrestre, e evitar danos.
Quando acelerados a velocidades tão altas, esses elétrons são perigosos.
Devido às suas altas energias, nem mesmo a melhor blindagem pode
segurá-los, e sua carga pode, por exemplo, destruir componentes
eletrônicos sensíveis caso penetrem uma espaçonave.
Os cientistas examinaram o plasma e como as flutuações causadas nos campos eletromagnéticos
aceleravam os elétrons durante as tempestades solares, e o porquê de
nem toda tempestade gerar esses elétrons velozes. Eles identificaram que
devia haver algum tipo de processo de aceleração em duas etapas
acontecendo. Assim, a equipe comparou as observações de plasma feitas
pelas sondas com e sem elétrons ultrarrelativísticos, na tentativa de
descobrir o que acontece durante as tempestades solares.
A densidade do plasma foi inferida a
partir das flutuações nos campos elétricos e magnéticos. E os
pesquisadores descobriram que os elétrons ultrarrelativísticos se
correlacionavam tanto com o esgotamento extremo da densidade do plasma
quanto com a presença de "ondas de coro".
É um resultado que mostra que um processo de aceleração de dois
estágios, como se pensava anteriormente, não é necessário para elétrons
ultrarrelativísticos. Embora a equipe tenha se concentrado nas velocidades mais extremas dos elétrons,
também observaram que quanto menor fosse a densidade do plasma, as
"ondas do coro" aceleravam os elétrons para velocidades relativísticas
em escalas de tempo mais curtas.
"Este estudo mostra que os elétrons no cinturão de radiação da Terra
podem ser prontamente acelerados localmente para energias
ultrarrelativísticas, se as condições do plasma ambiente – ondas de
plasma e temporariamente baixa densidade de plasma – estiverem certas", explicou
o físico Yuri Shprits, do Centro Alemão de Geociências e da
Universidade de Potsdam na Alemanha, em entrevista ao site Science
Alert.
"As partículas podem ser vistas como
surfando nas ondas de plasma. Em regiões de densidade plasmática
extremamente baixa, elas podem simplesmente tirar muita energia das
ondas de plasma. Mecanismos semelhantes podem estar em funcionamento nas
magnetosferas de planetas externos, como Júpiter ou Saturno em outros
objetos astrofísicos", concluiu.
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