Descoberto ciclone espacial fazendo chover elétrons sobre a Terra

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/03/2021

Aqui em uma visão artística idealizada, o ciclone espacial apareceu acima do Pólo Norte como uma espéce de aurora.
[Imagem: Zhang Qinghe]

Furacão espacial

Astrofísicos chineses conseguiram a primeira comprovação observacional da existência de um ciclone espacial em nosso planeta, uma tempestade ocorrendo na fronteira entre a atmosfera terrestre e o espaço aberto, acima do Pólo Norte.

Aqui embaixo, os ciclones tropicais - conhecidos como tufões no noroeste do Pacífico e como furacões no nordeste do Pacífico e norte do Atlântico - são caracterizados por um centro de baixa pressão, conhecido como olho do furacão, ventos fortes e cisalhamento de fluxo, além de um arranjo em espiral de nuvens altas com chuvas fortes.

No espaço, os astrônomos já documentaram ciclones em Marte, Saturno e Júpiter, semelhantes aos ciclones tropicais na baixa atmosfera terrestre. Também existem gases solares girando em formações monstruosas, nas profundezas da atmosfera do Sol, chamados tornados solares, com larguras de vários raios terrestres. No entanto, ninguém havia ainda documentado um ciclone na alta atmosfera da Terra.

O feito de detectar o primeiro furacão espacial na Terra coube a Qing-He Zhang e uma equipe da Universidade Shandong, na China, depois de uma campanha de observações da ionosfera e da magnetosfera terrestres, feitos por satélite, bem como de uma modelagem em 3D da magnetosfera.

Esquema da tempestade magnética, batizada de ciclone espacial - ou furacão espacial.
[Imagem: Qing-He Zhang et al. - 10.1038/s41467-021-21459-y]

Ciclone espacial

Assim como um ciclone tropical está associado a uma forte energia e enorme transporte de massa, o ciclone espacial na alta atmosfera da Terra envolve uma forte transferência de energia entre o vento solar e a magnetosfera, alcançando até a ionosfera da Terra.

A equipe encontrou uma mancha auroral, com formato semelhante a um ciclone, enorme (diâmetro acima de 1.000 quilômetros) e de longa duração (cerca de 8 horas), com braços múltiplos e uma tendência de rotação anti-horária em torno do pólo magnético norte.

Essa "aurora ciclônica" apresentava várias características que, por similaridade, lhe valeram o nome de ciclone espacial (ou furacão espacial) dado pela equipe:

1. uma forte corrente alinhada ao campo geomagnético ascendente, semelhante a um ponto, mas às vezes com um orifício no centro;
2. fluxo horizontal zero próximo ao olho do furacão, bem como forte cisalhamento de fluxo em torno das bordas;
3. fluxos ascendentes de íons;
4. elétrons com aumento de cerca de 1.000 graus de temperatura;
5. uma estrutura magnética bipolar negativa para positiva, o que significa uma perturbação circular do campo magnético;
6. aceleração dos elétrons em V invertido, acima de 10 keV;
7. deposição grande e rápida de energia e fluxo para a ionosfera.

Esse ganho de energia, a aceleração dos elétrons e sua deposição em direção à superfície do planeta significa que, essencialmente, o furação espacial faz "chover elétrons" na Terra, com esses "pingos-elétrons" representando uma precipitação de energia muito mais forte do que durante condições típicas reinantes na magnetosfera terrestre, e equivalentes à observada durante supertempestades magnéticas, tipicamente induzidas por tempestades solares.

O furacão espacial representa uma transferência de energia para a Terra até agora desconhecida.
[Imagem: Qing-He Zhang et al. - 10.1038/s41467-021-21459-y]

Tempestade magnética

O furacão espacial é essencialmente uma tempestade magnética. Com seus modelos, a equipe conseguiu descrever detalhadamente os fluxos de energia medidos pelos satélites, incluindo as quebras e reconexões das linhas magnéticas que permitem o surgimento do fluxo de energia em formato de vórtice - ou ciclone - que se afunila em direção à superfície do planeta, mas sem atingi-la, limitando-se à ionosfera.

Dentro do funil, forma-se um campo magnético em espiral, com um fluxo circular e correntes ascendentes alinhadas ao campo geomagnético, que aceleram os elétrons que acabarão se precipitando na ionosfera. É esse fluxo afunilado de energia que cria o ponto auroral, com vários braços. Isso significa que o furacão espacial abre um canal de transferência rápida de energia do espaço para a ionosfera e a termosfera terrestres.

Segundo a equipe, a descoberta e medição desse evento de clima espacial nunca antes observado vai atualizar nossa compreensão do processo de acoplamento do vento solar com a magnetosfera e a ionosfera, mostrando um fluxo de energia que também deve ocorrer sob condições geomagnéticas calmas.

Além disso, o furacão espacial levará a importantes previsões do clima espacial, como o aumento do arrasto a que os satélites artificiais estão submetidos, distúrbios nas comunicações de rádio de alta frequência e até aumentos até agora inexplicados dos erros na localização de radar além do horizonte.

O próximo passo natural da pesquisa, agora que a existência do furacão espacial está comprovada, será descobrir o que causa essas tempestades magnéticas.

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