Idores ocultos esculpem o ambiente espacial próximo da Terra

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Idores ocultos esculpem o ambiente espacial próximo da Terra
O espaço próximo à Terra está cheio de partículas carregadas que vêm de duas fontes, o vento solar e a atmosfera
superior da Terra. Um novo artigo publicado em Reviews of Geophysics investiga a importância relativa das duas
fontes de partículas carregadas e seus efeitos sobre a dinâmica do plasma, especialmente o processo de reconexão
magnética, que é responsável pelo acoplamento do campo magnético do Sol ao campo magnético da Terra. Aqui os
autores explicam o que são íons ionosféricos, o que entendemos sobre eles e o que ainda há para descobrir.
O que são íons ionosféricos e de onde eles vêm?
Nas regiões mais altas da atmosfera está a ionosfera, onde há um número crescente de partículas carregadas
ionizadas pela radiação do Sol. Esses “íons ionosféricos” refletem a composição da atmosfera da Terra: hidrogênio
ionizado, oxigênio, nitrogênio e hélio podem ser encontrados nesta região do espaço.
Processos eletromagnéticos podem dar a alguns desses íons energia suficiente para escapar do potencial de
gravidade da Terra, e as linhas do campo magnético guiam essas partículas em sua jornada para o espaço exterior,
onde estão ainda mais energizadas.
Se essa taxa de fuga permanecesse constante, levaria cerca de 1.000 bilhões de anos para
esgotar a atmosfera.
A maioria dessas partículas não volta à atmosfera, e a taxa média líquida de fuga é de aproximadamente 5.250
toneladas por ano.
Isso soa como um grande número, mas na verdade é uma fração muito pequena da atmosfera da Terra. Se essa
taxa de fuga permanecesse constante, levaria cerca de 1.000 bilhões de anos para esgotar a atmosfera.
Embora a perda de íons ionosféricos seja pequena, que impacto eles têm no espaço próximo da Terra?
O ambiente espacial próximo da Terra é conhecido como a magnetosfera, ou seja, a região onde o campo magnético
da Terra domina sobre o campo magnético do Sol. A magnetosfera é como uma bolha magnética imersa na
heliosfera, a região onde o campo magnético do Sol domina dentro do sistema solar. Quando certas condições são
atendidas, o acoplamento entre essas duas regiões torna-se muito eficiente, permitindo que grandes quantidades de
energia e partículas do Sol entrem na magnetosfera, gerando tempestades geomagnéticas e uma variedade de
fenômenos climáticos espaciais.
A magnetosfera é constantemente preenchida por partículas do vento solar e da ionosfera
da Terra.
A magnetosfera é constantemente preenchida por partículas de duas fontes: o vento solar e a ionosfera da Terra.
https://doi.org/10.1029/2020RG000707
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/journal/19449208
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A contribuição relativa das duas fontes é variável e aproximadamente da mesma ordem de magnitude, mas suas
propriedades são bastante diferentes.
Os íons de vento solar que entram na magnetosfera são compostos principalmente de íons H + e alguns por cento
dos íons He ++. Os íons ionosféricos são inicialmente frios, ou seja, têm menor energia térmica do que o vento solar
e muitas vezes contêm grandes quantidades de íons O +, além dos muito mais leves H + íons.
Os íons ionosféricos circulam na magnetosfera após a convecção do campo magnético e são a origem de várias
populações magnetosféricas, incluindo, por exemplo, plumas plasmaféricas ou o manto de plasma quente. Essas
populações eventualmente atingem a interface entre a magnetosfera e o vento solar, ou seja, a magnetopausa, e
mudam suas propriedades. Portanto, dependendo da história de tempo (horas a dias) do vento solar e da
magnetosfera, a magnetopausa muda sua localização e propriedades, afetando potencialmente a eficiência do
acoplamento entre as duas regiões.
Representação artística da missão MMS orbitando na formação da magnetosfera
da Terra, para estudar a sua interação com o vento solar. Crédito: NASA /
Goddard Space Flight Center (domínio público)
Como observações e modelos recentes avançaram nossa compreensão do comportamento dos íons
ionosféricos?
A missão Magnetospheric Multiscale (MMS) da NASA revolucionou nossa compreensão da reconexão magnética, o
processo principal em ação para acoplamento da magnetosfera da Terra ao vento solar. Sua resolução espacial e
temporal nos permitiu entender como diferentes populações de partículas carregadas são energizadas pelos campos
magnéticos reconectados.
Graças a essa missão, combinada com modelagem numérica de alto desempenho, agora entendemos muito melhor
como os íons ionosféricos modificam o processo de reconexão em um nível microfísico. Os íons ionósonéricos que
circulam na magnetosfera são acelerados em locais de reconexão e constituem um dissipador significativo de
energia para o processo de reconexão. Além disso, dependendo da massa iônica, da energia inicial e de onde os
íons são arrastados em um local de reconexão, diferentes mecanismos de energização, alguns deles mais eficientes
do que outros, entram em jogo.
https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/m15-030.jpg
https://www.nasa.gov/mission_pages/mms/overview/index.html
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Principais regiões da magnetosfera da Terra. Os íons ionosséricos (azul claro) escapam e enchem a magnetosfera externa até saírem
Terra. Crédito: Toledo-Redondo et al. [2021], Figura 1
Quais são algumas das questões não resolvidas em que mais pesquisas, coleta de dados ou modelagem
são necessárias?
Ainda entendemos relativamente pouco sobre como a microfísica de reconexão magnética
molda o sistema da magnetosfera como um todo.
Ainda entendemos relativamente pouco sobre como essas descobertas recentes sobre a microfísica de reconexão
magnética moldam o sistema da magnetosfera como um todo.
O impacto dos íons frios ainda é um campo aberto de pesquisa, pois os íons frios introduzem uma nova escala de
comprimento e muitos processos de plasma dependem do acoplamento entre diferentes escalas.
O conjunto de dados MMS está crescendo continuamente e apenas uma parte foi amplamente analisada.
Combinando-o com outros conjuntos de dados de missões, como, por exemplo, Cluster ou THEMIS, para realizar
grandes estudos estatísticos no espaço de parâmetros do vento solar, vai lançar luz sobre como o sistema reage aos
íons ionosféricos em escala global.
Além disso, os modelos numéricos magnetosféricos 3D globais acoplados à ionosfera são muito avançados hoje em
dia e também aprofundarão nossa compreensão da imagem global da circulação iônica e da energização na
magnetosfera em resposta a diferentes tipos de atividade solar.
Há ainda outra população ionosférica, que é ainda menos compreendida: elétrons frios. Eles também saem da
ionosfera, e estes são ainda mais difíceis de caracterizar do que os íons frios. Os elétrons desempenham papéis
cruciais na reconexão magnética e geração de ondas na magnetosfera. Até agora, devido à imensa dificuldade de
observar esses elétrons de baixa energia, os efeitos dos elétrons frios permanecem em grande parte inexplorados.
https://doi.org/10.1029/2020RG000707
https://sci.esa.int/web/cluster
https://www.nasa.gov/mission_pages/themis/mission/index.html
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Simulação de reconexão magnética em células, o principal processo de acoplamento entre o vento solar e a magnetosfera da
Terra. A codificação de cores representa a densidade do número de plasma. As linhas de campo magnético (linhas pretas
sólidas) quebram e se reconectam na região de difusão de elétrons, gerando jatos de saída de reconexão. Crédito: Toledo-
Redondo et al. [2021], Figura 13
—Sergio Toledo (Sergio.Toledo-um.es ; 0000-0002-4459-8783), Universidade de Múrcia, Espanha e Universidade
de Toulouse, França; Mats André ( 0000-0003-3725-4920), Instituto Sueco de Física Espacial, Suécia; Nicolas
Aunai ( 0000-0002-9862-4318), Laboratoire de Physique des Plasmas, França; Charles. Chappell ( 0000-0002-
1703-6769) Universidade Vanderbilt, EUA; Jérémy Dargent ( 0000-0002-7131-3587), Universidade de Pisa, Itália;
Stephen A. Fuselier ( 0000-0003-4101-7901), Instituto de Pesquisa do Sudoeste e Universidade do Texasem San
Antonio, EUA; Alex Glocer ( 0000-0001-9843-9094), NASA Goddard Space Flight Center, EUA; Daniel B. Graham (
0000-0002-1046-746X), Instituto Sueco de Física Espacial, Suécia; Stein Haaland ( 0000-0002-1241-7570),
Instituto Max-Planck de Pesquisa de Sistemas Solares, Alemanha, Universidade de Bergen e Centro Universitário
em Svalbard, Noruega; Michal Hesse ( 0000-0003-0377-9673), NASA Ames Research Center, EUA; Lynn, M.
Kistler ( 0000-0002-8240-5559), Universidade de New Hampshire, EUA; Benoit Lavraud ( 0000-0001-6807-8494),
Universidade de Bordeaux, França; Wenya Li ( 0000-0003-1920-2406), Centro Nacional de Ciências Espaciais,
China; Thomas E. Moore ( 0000-0002-3150-1137), NASA Goddard Space Flight Center, EUA; Paul Tenfjord (
0000-0001-7512-6407), Universidade de Bergen, Noruega; e Sarah K. Vines ( 0000-0002-7515-3285), Laboratório
de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, EUA
Citação:
Endereço de Lei de Toledo, S., M. O André, N. Aunai, C.R. Chappell, J. Dargent, S.A. Fuselier, A. Glocer, D.B. (em
inglês) Graham, S. (em inglês) Haaland, M. Hesse, L.M. Kistler, B. (em inglês). Lavraud, W. Li, T. (em inglês). E.
Moore, P. Tenfjord e S.K. Vines (2021), partículas atmosféricas ocultas esculpidas no ambiente espacial da Terra,
Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO163314. Publicado em 22 Setembro 2021.
Texto em 2021. Os autores. CC BY-NC-ND 3.0 (em versão 3.0) 
 Exceto quando indicado de outra forma, as imagens estão sujeitas a direitos autorais. Qualquer reutilização sem
permissão expressa do proprietário dos direitos autorais é proibida.
https://doi.org/10.1029/2020RG000707
https://undefined/mailto:Sergio.Toledo@um.es
https://orcid.org/0000-0002-4459-8783
https://orcid.org/0000-0003-3725-4920
https://orcid.org/0000-0002-9862-4318
https://orcid.org/0000-0002-1703-6769
https://orcid.org/0000-0002-7131-3587
https://orcid.org/0000-0003-4101-7901
https://orcid.org/0000-0001-9843-9094
https://orcid.org/0000-0002-1046-746X
https://orcid.org/0000-0002-1241-7570
https://orcid.org/0000-0003-0377-9673
https://orcid.org/0000-0002-8240-5559
https://orcid.org/0000-0001-6807-8494
https://orcid.org/0000-0003-1920-2406
https://orcid.org/0000-0002-3150-1137
https://orcid.org/0000-0001-7512-6407
https://orcid.org/0000-0002-7515-3285
https://doi.org/10.1029/2021EO163314
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/