Fenômeno climático espacial observado em laboratório pela primeira vez – Physics World

Fenômeno climático espacial observado em laboratório pela primeira vez – Physics World

Carimbo de hora: 21 de março de 2024 5h30


Impressão artística de um plasma confinado nas instalações do RT-1. O plasma aparece como uma nuvem roxa brilhante dentro de uma câmara toroidal cercada por linhas de campo magnético e contendo partículas vermelhas (representando elétrons de alta temperatura) que emitem linhas brancas (representando as ondas do coro).
Observação da emissão espontânea de coro em RT-1: Quando o plasma confinado no campo magnético dipolo de RT-1 contém uma fração significativa de elétrons de alta temperatura (partículas vermelhas), uma emissão de coro (linhas de emissão brancas) se forma com frequência variável (altura do som) semelhante ao canto dos pássaros. Cortesia: Instituto Nacional de Ciência da Fusão

Eventos climáticos espaciais conhecidos como emissões de coro no modo assobiador foram observados em laboratório pela primeira vez. Estas emissões ocorrem naturalmente em regiões do espaço dominadas por campos magnéticos planetários – magnetosferas – e estão relacionadas com as auroras que iluminam os nossos céus do norte e do sul todos os invernos. No entanto, as suas origens exactas são pouco compreendidas e, até agora, o seu estudo envolveu observações de naves espaciais ou simulações numéricas. Ao recriar as condições que produzem estas emissões, os investigadores do Instituto Nacional de Ciência da Fusão do Japão e da Universidade de Tóquio esperam compreendê-las melhor e como afectam os satélites em órbita, bem como as redes terrestres de energia e comunicação.

As emissões do coro do modo Whistler são ondas intensas e coerentes que produzem e transportam elétrons de alta energia através das magnetosferas planetárias. Eles recebem esse nome porque suas frequências variam repetidamente de uma forma que lembrou aos primeiros pesquisadores o “coro do amanhecer” do canto dos pássaros. Estas ondas de plasma foram observadas na magnetosfera de Júpiter e na região afetada pelo campo magnético da Terra, mas nunca antes sob condições controladas em laboratório.

Recriando plasmas do tipo magnetosfera

A primeira tarefa para líderes de equipe Haruhiko Saitoh e Zensho Yoshida era criar um campo magnético que imitasse adequadamente a magnetosfera. O tipo mais fundamental de campo magnético que se forma nas magnetosferas planetárias é um campo dipolo, e nas instalações Ring Trap 1 (RT-1) da Universidade de Tóquio, esse tipo de campo é comumente usado para confinar plasmas de forma estável para experimentos avançados de fusão.

Em seu trabalho, que eles descrevem em Natureza das Comunicações, Saitoh e colegas geraram este campo usando uma bobina supercondutora levitada magneticamente de 110 kg localizada dentro do recipiente de vácuo do RT-1. Ao encher o recipiente de vácuo com gás hidrogênio e excitar o gás com microondas, eles criaram um plasma de hidrogênio de alta qualidade contendo elétrons aquecidos a altas temperaturas. “Criar um ambiente semelhante à magnetosfera em laboratório foi um desafio”, diz Saitoh Mundo da física, “mas o RT-1 é capaz de conseguir isso graças à bobina supercondutora que levita em uma câmara de vácuo.”

As emissões do coro podem ser um fenômeno universal

Os pesquisadores usaram sondas magnéticas para estudar como o plasma – incluindo o componente eletrônico quente – flutua. Eles descobriram que o plasma produzia espontaneamente emissões de coro de ondas assobiantes sempre que continha uma proporção significativa de elétrons de alta temperatura. Esses elétrons são responsáveis ​​pela pressão do plasma, e a equipe observou que o aumento do seu número leva à geração de emissões de coro.

Segundo os pesquisadores, esse resultado sugere que as emissões de coro são um fenômeno universal em plasmas que contêm elétrons de alta temperatura dentro de um campo magnético dipolo simples. Plasmas deste tipo são comuns no geoespaço, que a equipe define como “o espaço ao redor da Terra que está particularmente ligado às atividades humanas”. À medida que tais atividades se intensificam, observam, o estudo das perturbações magnetosféricas capazes de causar auroras, bem como falhas de energia e comunicação, torna-se mais importante. “As emissões do coro são importantes para compreender e potencialmente mitigar esses efeitos”, afirmam.

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