Chuva de elétrons sobre a Terra descoberta por satélite feito por estudantes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/03/2022

As nuvens de elétrons podem se transformar em chuva de elétrons quando surgem ondas sibilantes.
[Imagem: NASA/Emmanuel Masongsong/UCLA]

Chuva de elétrons

Um par de satélites minúsculos, do tamanho de caixas de sapatos, descobriu uma nova fonte de elétrons de alta energia caindo sobre a Terra, uma autêntica "chuva de elétrons".

O fenômeno contribui para as coloridas auroras, mas também apresenta riscos para satélites, espaçonaves e astronautas.

Os satélites foram construídos por estudantes da Universidade da Califórnia de Los Angeles. Desde a criação do projeto, mais de 300 estudantes já trabalharam na missão ELFIN (Electron Losses and Fields research), que é financiada pela NASA e pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA.

Os dois microssatélites, cada um pesando cerca de 8 quilogramas, foram lançados em órbita em 2018 e, desde então, observam a atividade de elétrons de alta energia, na tentativa de entender melhor o efeito das tempestades magnéticas nas proximidades do planeta.

"Os ELFINs são os primeiros satélites a medir esses elétrons super-rápidos," disse Xiaojia Zhang, líder da equipe atual. "A missão está gerando novos insights devido ao seu ponto de vista único na cadeia de eventos que os produz."

A integração dos dados da missão estudantil com a missão Themis, da NASA, permitiu entender todo o processo de formação da chuva de elétrons.
[Imagem: Xiao-Jia Zhang et al. - 10.1038/s41467-022-29291-8]

Ondas sibilantes

Ao combinar os dados dos satélites ELFIN com observações mais distantes da frota de cinco sondas espaciais da missão THEMIS, da NASA, os estudantes descobriram que a chuva repentina de elétrons foi causada por ondas sibilantes - ou ondas de assobio -, um tipo de onda eletromagnética que ondula através do plasma no espaço e afeta os elétrons na magnetosfera da Terra, fazendo com que eles "transbordem" para a atmosfera.

Os dados mostram um fenômeno com uma intensidade que não era prevista pelos modelos e nem mesmo pelas teorias do clima espacial.

O ambiente espacial próximo à Terra é o elemento central para essa cadeia de eventos. O entorno do nosso planeta é repleto de partículas eletricamente carregadas, orbitando em anéis gigantes ao redor do planeta, chamados cinturões de radiação de Van Allen.

Os elétrons nesses cinturões viajam em espirais semelhantes às do brinquedo mola mágica, literalmente saltando entre os pólos norte e sul da Terra. Sob certas condições, os cinturões de radiação energizam e aceleram os elétrons, gerando as ondas sibilantes. Isso efetivamente "estica" tanto o caminho de viagem dos elétrons que eles caem dos cinturões e precipitam-se na atmosfera, criando a chuva de elétrons.

É mais ou menos como uma grande caixa d'água, que pode eliminar o excesso por um dreno, ou ladrão. Mas, se alguma coisa gerar ondas na água, ela pode simplesmente transbordar, liberando uma quantidade muito maior de água. Os microssatélites conseguiram medir tanto a vazão do "dreno de elétrons" dos cinturões de Van Allen - a caixa d'água deste exemplo - quanto o derramamento, flagrando pela primeira vez essa chuva periódica, causada principalmente pelo fenômeno do derramamento dos elétrons.

Ilustração de um dos microssatélites ELFIN e a equipe atual de estudantes.
[Imagem: Emmanuel Masongsong/UCLA]

Clima espacial

A descoberta é particularmente importante porque as teorias atuais e os modelos de clima espacial, embora considerem outras fontes de elétrons que entram na atmosfera, não preveem esse fluxo extra de elétrons induzido por ondas sibilantes, um evento que pode afetar a química atmosférica da Terra, representar riscos para naves espaciais e danificar satélites em órbita baixa.

A equipe demonstrou ainda que esse tipo de perda de elétrons do cinturão de radiação para a atmosfera pode aumentar significativamente durante tempestades geomagnéticas, distúrbios causados pela atividade solar que podem afetar o espaço próximo à Terra e o ambiente magnético da Terra.

"É muito gratificante aumentar nosso conhecimento da ciência espacial usando dados do hardware que construímos," comemorou Colin Wilkins, membro da equipe.

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