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Um novo estudo descobriu que os raios podem desencadear chuvas de elétrons que podem chover através da nossa atmosfera.
Existem trilhões de partículas carregadas – prótons e elétrons, os blocos de construção básicos da matéria – girando acima de sua cabeça a qualquer momento. Essas partículas de alta energia, que podem viajar a uma velocidade próxima à da luz, normalmente permanecem a milhares de quilômetros de distância da Terra, presas lá pela forma do campo magnético da terra. Ocasionalmente, porém, acontece um evento que pode empurrá-los para fora do lugar, enviando elétrons chovendo na atmosfera de Earthilitus. Essas partículas de alta energia no espaço compõem o que é conhecido como o Cintos de radiação Van Allene sua descoberta foi uma das primeiras da era espacial. Um novo estudo minha equipe de pesquisa descobriu que as ondas eletromagnéticas geradas por raios podem desencadear esses chuveiros de elétrons.
Uma breve lição de história
No início da corrida espacial na década de 1950, professor James Van Allen e a sua equipa de investigação na Universidade de Iowa foi encarregada de construir uma experiência para voar no primeiro satélite dos Estados Unidos’ Explorador 1. Eles projetaram sensores para estudar radiação cósmicaé causada por partículas de alta energia originárias do Sol, da Via Láctea ou além.
ames Van Allen, do meio, posa com um modelo do satélite Explorer 1. NASA
Após o lançamento do Explorer 1, no entanto, eles notaram que seu instrumento estava detectando significativamente níveis mais elevados de radiação do que o esperado. Em vez de medir uma fonte distante de radiação além do nosso sistema solar, eles pareciam estar medindo uma fonte local e extremamente intensa.
Essa medição levou a descoberta de os cinturões de radiação de Van Allen, duas regiões em forma de rosquinha de elétrons de alta energia e íons que circundam o planeta.
Os cientistas acreditam que o cinturão de radiação interna, atingindo um pico de cerca de 621 milhas (1000 quilômetros) da Terra, é composto de elétrons e prótons de alta energia e é relativamente estável ao longo do tempo.
O cinturão externo de radiação, cerca de três vezes mais distante, é composto de elétrons de alta energia. Este cinto pode ser altamente dinâmico. Sua localização, densidade e conteúdo de energia podem variar significativamente por hora em resposta à atividade solar.
A descoberta dessas regiões de alta radiação não é apenas uma história interessante sobre os primeiros dias da corrida espacial; também serve como um lembrete de que muitas descobertas científicas surgiram por acidente feliz.
É uma lição para cientistas experimentais eu incluídomanter a mente aberta ao analisar e avaliar dados. Se os dados não corresponderem às nossas teorias ou expectativas, essas teorias podem precisar ser revisitadas.
As partículas carregadas, com suas trajetórias mostradas como linhas azuis e amarelas aqui, existem nos cinturões de radiação ao redor da Terra, retratadas aqui como as regiões amarela, verde e azul. Crédito: NASAilits Scientific Visualization Studio
Nossas curiosas observações
Enquanto ensino a história da corrida espacial em um curso de política espacial na Universidade do Colorado, em Boulder, raramente a conecto à minha própria experiência como cientista pesquisando cinturões de radiação da terra . Ou, pelo menos, até há pouco tempo.
Em um estudo liderado por Max Feinland, um estudante de graduação do meu grupo de pesquisa, nos deparamos com alguns dos nossos observações inesperadas cinturões de radiação da terra. Nossas descobertas nos fizeram repensar nossa compreensão do cinturão de radiação interna da terra e os processos que o afetam.
Originalmente, partimos para procurar muito rapidamente – sub-segundo – explosões de elétrons de alta energia entrar na atmosfera a partir do cinturão de radiação exterior, onde são tipicamente observados.
Muitos cientistas acreditam que um tipo de onda eletromagnética conhecida como “chorus” pode derrubar esses elétrons da posição e enviá-los para a atmosfera. Eles chamam de ondas de coro devido à sua som chilrear distinto quando ouvido em um receptor de rádio.
Feinland desenvolveu um algoritmo para procurar esses eventos em décadas de medições a partir do SAMPEX satélite. Quando ele me mostrou um enredo com a localização de todos os eventos detectados, notamos que vários deles não estavam onde esperávamos. Alguns eventos mapeados para o cinturão de radiação interna, em vez do cinto externo.
Esta descoberta foi curiosa por duas razões. Por um lado, as ondas de coro são predominantes nesta região, então algo mais tinha que estar sacudindo esses elétrons soltos.
A outra surpresa foi encontrar elétrons tão energéticos no cinturão de radiação interno. Medições de NASA: missão Van Allen Probes despertou um interesse renovado no cinturão de radiação interior. Observações das Sondas de Van Allen sugeriram que os elétrons de alta energia são muitas vezes não estão presentes neste cinturão de radiação interior, pelo menos não durante os primeiros anos dessa missão, de 2012 a 2014.
Nossas observações agora mostraram que, de fato, há momentos em que o cinturão interno contém elétrons de alta energia. Quantas vezes isso é verdade e sob quais condições permanecem questões abertas para explorar. Estas partículas de alta energia pode danificar a nave espacial e prejudicar os seres humanos no espaço, então os pesquisadores precisam saber quando e onde no espaço eles estão presentes para melhor projetar naves espaciais.
Determinar o culpado
Uma das maneiras de perturbar os elétrons no cinturão de radiação interna e chutá-los para a atmosfera da terra realmente começa na própria atmosfera.
Relâmpago, as grandes descargas eletromagnéticas que iluminam o céu durante tempestades, pode realmente gerar ondas eletromagnéticas conhecidas como assobiando gerados por raios.
Essas ondas podem então viajar através da atmosfera para o espaço, onde interagir com elétrons no cinturão de radiação interior –, tal como as ondas de coro interagem com os electrões no cinturão de radiação exterior.
Para testar se o raio estava por trás de nossas detecções internas do cinturão de radiação, olhamos para trás nas explosões de elétrons e as comparamos com dados de tempestade. Alguma atividade relâmpago parecia correlacionada com os nossos eventos de elétrons, mas muito do que não era.
Especificamente, apenas relâmpagos que ocorreram logo após as chamadas tempestades geomagnéticas resultaram nas explosões de elétrons que detectamos.
Tempestades geomagnéticas são perturbações no ambiente espacial próximo da Terra, muitas vezes causadas por grandes erupções na superfície do Sol. Esta atividade solar, se direcionada para a Terra, pode produzir o que os pesquisadores chamam de tempo espacial. O clima espacial pode resultar em auroras impressionantes, mas também pode interromper as operações de satélite e rede elétrica.
Descobrimos que uma combinação de clima na Terra e clima no espaço produz as assinaturas eletrônicas únicas que observamos em nosso estudo. A atividade solar perturba os cinturões de radiação da Terra e preenche o cinturão interno com elétrons de energia muito alta, então o raio interage com esses elétrons e cria as rajadas rápidas que observamos.
Esses resultados fornecem um bom lembrete da natureza interconectada da Terra e do espaço. Eles também foram um lembrete bem-vindo para mim do processo muitas vezes não linear de descoberta científica
