Ondas causadoras das auroras são demonstradas pela primeira vez

Ondas causadoras das auroras são demonstradas pela primeira vez

Por Danielle Cassita | Editado por Patrícia Gnipper | 07 de Junho de 2021 às 17h10
Mia Stålnacke

As auroras oferecem um espetáculo de luzes coloridas no céu em regiões de alta altitude e, embora impressionem seus observadores há milhares de anos, ainda não são completamente compreendidas. Já sabemos que este fenômeno ocorre após partículas das tempestades solares serem aceleradas pelo campo magnético da Terra para, depois, interagir com as partículas da atmosfera — e, agora, pela primeira vez, cientistas demonstraram o mecanismo por trás desta aceleração.

Em um novo estudo, uma equipe de físicos liderados pela Universidade de Iowa descobriu evidências definitivas de que as auroras mais brilhantes são formadas por ondas eletromagnéticas poderosas conhecidas como “ondas de Alfvén”, que ocorrem durante as tempestades geomagnéticas. Elas são as responsáveis por acelerar os elétrons em direção à Terra, que faz com que as partículas produzam as luzes que vemos. 

Representação de elétrons acelerados, que causa as auroras boreais (Imagem: Reprodução/Austin Montelius/University of Iowa)

Na verdade, os cientistas já consideravam que essas ondas fossem responsáveis por acelerar elétrons pelas linhas do campo magnético, mas essa foi a primeira vez em que isso pôde ser demonstrado: “a ideia de que essas ondas podem energizar os elétrons que formam as auroras existe há mais de quatro décadas, mas essa foi a primeira vez em que conseguimos confirmar que, definitivamente, funciona", disse Craig Kletzing, físico da Universidade.

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Essas ondas foram descritas pela primeira vez em 1942 pelo engenheiro elétrico Hannes Alfvén, e já é amplamente aceito que elas tenham algum papel na aceleração dos elétrons responsáveis pela aurora, mas ainda não se sabia exatamente que papel era esse. Então, uma equipe de cientistas decidiu observar o fenômeno de perto e, para isso, utilizou o Large Plasma Device (LAPD), uma câmara cilíndrica a vácuo com um poderoso campo magnético em seu interior.

O Large Plasma (LAPD) durante um experimento (Imagem: Domínio público)

A equipe gerou ondas de Alfvén no plasma do LAPD e, ao mesmo tempo, mediu a distribuição da velocidade dos elétrons sob condições relevantes para a formação das auroras. Eles descobriram que as ondas de Alfvén transferiram energia para os elétrons em ressonância com as ondas a uma velocidade similar à da fase de velocidade delas: “as medidas revelaram que esse pequeno grupo de elétrons sofre 'aceleração ressonante' pelo campo elétrico das ondas de Alfvén”, explica o físico Greg Howes. Essa aceleração ocorre de forma parecida com um surfista que, ao pegar uma onda, é acelerado conforme se move junto dela. 

O fenômeno dos elétrons “surfarem” no campo magnético de uma onda é um processo teórico, conhecido como “amortecimento de Landau”. Por meio de simulações numéricas e modelagens matemáticas, a equipe demonstrou que os resultados do experimento correspondem à assinatura prevista pelo fenômeno, o que sinaliza a primeira evidência direta de que as ondas de Alfvén são capazes de produzir elétrons acelerados e, portanto, auroras. 

O artigo com os resultados do estudo foi publicado na revista Nature Communications.

Fonte: Science Alert, Eurekalert

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