Tecnologia Científica

Mistérios da Aurora revelados com a missão THEMIS da NASA
Um tipo especial de aurora, projetada de leste a oeste no céu noturno como um colar de pérolas brilhantes, está ajudando os cientistas a entender melhor a ciência das auroras e seus poderosos impulsionadores no espaço.
Por Mara Johnson-Groh - 14/08/2020


Grânulos aurorais vistos da Estação Espacial Internacional, 17 de setembro de 2011 (ID do quadro: ISS029-E-6012). Crédito: NASA

Um tipo especial de aurora, projetada de leste a oeste no céu noturno como um colar de pérolas brilhantes, está ajudando os cientistas a entender melhor a ciência das auroras e seus poderosos impulsionadores no espaço. Conhecidas como contas aurorais, essas luzes geralmente aparecem logo antes de grandes exibições aurorais, que são causadas por tempestades elétricas no espaço chamadas subtempestades. Anteriormente, os cientistas não tinham certeza se as contas aurorais estão de alguma forma conectadas a outras exibições aurorais como um fenômeno no espaço que precede as subtempestades, ou se são causadas por distúrbios próximos à atmosfera da Terra.

Mas novos e poderosos modelos de computador combinados com observações da missão Time History of Events e Macroscale Interactions during Substorms — THEMIS — forneceram a primeira forte evidência dos eventos no espaço que levaram ao aparecimento dessas contas e demonstraram o importante papel que desempenham em nosso ambiente próximo ao espaço.

"Agora sabemos com certeza que a formação dessas contas é parte de um processo que precede o desencadeamento de uma subtormidade no espaço", disse Vassilis Angelopoulos, pesquisador principal do THEMIS na Universidade da Califórnia, em Los Angeles. "Esta é uma nova peça importante do quebra-cabeça."

Ao fornecer uma imagem mais ampla do que pode ser vista com as três espaçonaves THEMIS ou observações de solo sozinhas, os novos modelos mostraram que as esferas aurorais são causadas por turbulência no plasma - um quarto estado da matéria, feito de partículas gasosas e altamente condutoras carregadas —Surrounding Earth. Os resultados, publicados recentemente nas revistas Geophysical Research Letters e Journal of Geophysical Research: Space Physics , irão ajudar os cientistas a compreender melhor toda a gama de estruturas em espiral vistas nas auroras.

"As observações do THEMIS agora revelaram turbulências no espaço que causam fluxos vistos iluminando o céu como pérolas únicas no colar auroral brilhante", disse Evgeny Panov, autor principal de um dos novos artigos e cientista do THEMIS no Instituto de Pesquisa Espacial do Academia Austríaca de Ciências. "Essas turbulências no espaço são inicialmente causadas por elétrons mais leves e ágeis, movendo-se com o peso de partículas 2.000 vezes mais pesadas, e que teoricamente podem se desenvolver em subtempestades aurorais em escala real."

Mistérios da formação de contas aurorais

As auroras são criadas quando partículas carregadas do Sol ficam presas no ambiente magnético da Terra - a magnetosfera - e são canalizadas para a atmosfera superior da Terra, onde colisões fazem com que átomos e moléculas de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio brilhem. Modelando o ambiente próximo à Terra em escalas de dezenas de milhas a 1,2 milhões de milhas, os cientistas do THEMIS foram capazes de mostrar os detalhes de como as contas aurorais se formam.

À medida que nuvens correntes de plasma arrotadas pelo Sol passam pela Terra, sua interação com o campo magnético da Terra cria bolhas flutuantes de plasma atrás da Terra. Como uma lâmpada de lava, desequilíbrios na flutuabilidade entre as bolhas e o plasma mais pesado na magnetosfera criam dedos de plasma de 2.500 milhas de largura que se estendem em direção à Terra. As assinaturas desses dedos criam a estrutura distinta em forma de conta na aurora.
 
"Houve uma percepção de que, em suma, esses eventos relativamente pequenos e transitórios que acontecem ao redor da magnetosfera são de alguma forma importantes", disse David Sibeck, cientista do projeto THEMIS no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Só recentemente chegamos ao ponto em que a capacidade de computação é boa o suficiente para capturar a física básica desses sistemas."

Agora que os cientistas entendem que as contas aurorais precedem as subtempestades, eles querem descobrir como, por que e quando as contas podem desencadear uma subtempestade completa. Pelo menos em teoria, os dedos podem emaranhar as linhas do campo magnético e causar um evento explosivo conhecido como reconexão magnética, que é bem conhecida por criar subtempestades e auroras em escala real que enchem o céu noturno.

Novos modelos abrem novas portas

Desde o seu lançamento em 2007, o THEMIS tem feito medições detalhadas ao passar pela magnetosfera, a fim de compreender as causas das subtempestades que levam às auroras. Em sua missão principal, a THEMIS foi capaz de mostrar que a reconexão magnética é a principal causa de subtempestades. Os novos resultados destacam a importância de estruturas e fenômenos em escalas menores - aquelas centenas e milhares de quilômetros de diâmetro em comparação com aqueles que medem milhões de quilômetros.

"Para entender esses recursos na aurora, você realmente precisa resolver as escalas globais e locais menores. É por isso que foi tão desafiador até agora", disse Slava Merkin, co-autor de um dos novos artigos e cientista no Center for Geospace Storms da NASA, sediado no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland. "Requer algoritmos muito sofisticados e supercomputadores muito grandes."

As novas simulações de computador correspondem quase perfeitamente ao THEMIS e às observações do solo. Após o sucesso inicial dos novos modelos de computador, os cientistas da THEMIS estão ansiosos para aplicá-los a outros fenômenos aurorais inexplicáveis. Particularmente na explicação de estruturas de pequena escala, os modelos de computador são essenciais, pois podem ajudar a interpretar o que acontece entre os espaços por onde as três espaçonaves THEMIS passam.

"Há muitas estruturas muito dinâmicas e em escala muito pequena que as pessoas veem nas auroras que são difíceis de conectar à imagem maior no espaço, pois acontecem muito rapidamente e em escalas muito pequenas", disse Kareem Sorathia, autor principal de um dos os novos artigos e cientistas do Center for Geospace Storms da NASA, com sede no Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. "Agora que podemos usar modelos globais para caracterizá-los e investigá-los, isso abre muitas portas novas."

 

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