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Cientistas confirmam o mecanismo por trás das auroras boreais pela primeira vez

Em estudo recente, físicos relatam evidências definitivas de como o fenômeno luminoso acontece após replicar mecanismo de aceleração de partículas em laboratório

Por Luisa Costa 9 jun 2021, 13h19

As auroras são um fenômeno luminoso que acontece nas camadas mais elevadas da atmosfera – de 400 a 800 quilômetros de altura – e é observado principalmente nas regiões mais próximas aos polos do planeta. A origem desse fenômeno que fascina as pessoas é teorizada por cientistas há muito tempo, mas nunca pôde ser comprovada. Até agora.

O que já se sabia é que as auroras ocorrem quando uma chuva de elétrons originária do Sol chega ao campo magnético da Terra. Esse amontoado de elétrons – que, separados dos núcleos dos átomos, formam um plasma – acaba colidindo com moléculas de oxigênio e nitrogênio ao alcançar a nossa atmosfera. Esses choques produzem radiação eletromagnética em diversos comprimentos de onda, gerando as luzes coloridas da aurora.

Cientistas acreditavam que esses elétrons eram acelerados antes de colidirem com a atmosfera terrestre por um fenômeno chamado ondas de Alfvén. Essas ondas eletromagnéticas já foram flagradas viajando em direção à Terra, acima das auroras. Mas não se tinha certeza sobre como o fenômeno poderia transferir sua energia às partículas.

Então, em um novo estudo, uma equipe de físicos liderados pela Universidade de Iowa, nos Estados Unidos, conseguiu evidências definitivas de que as auroras são produzidas a partir das ondas de Alfvén, que aceleram elétrons em direção à Terra. Foi a primeira vez que se pôde demonstrar experimentalmente, em laboratório, os mecanismos físicos por trás do fenômeno.

“As medições revelaram que essa pequena população de elétrons passa por uma ‘aceleração ressonante’ pelo campo elétrico das ondas de Alfvén, parecido com um surfista pegando uma onda e sendo continuamente acelerado, conforme ele se move junto da onda”, explicou Greg Howes, co-autor do estudo.

 

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Austin Montelius/College of Liberal Arts and Sciences/University of Iowa/Reprodução
  • Os pesquisadores encontraram evidências a partir de experimentos conduzidos no Large Plasma Device (LPD) – ou grande aparelho de plasma, em tradução livre –, em um laboratório da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA).

    Eles usaram esse aparelho, que é uma câmara de 20 metros de comprimento e 1 metro de diâmetro, para recriar as ondas de Alfvén e gerar um plasma similar ao que existe no espaço próximo à nossa atmosfera.

    Howes disse: “Usando uma antena desenhada especialmente para isso, lançamos ondas de Alfvén na máquina, [de modo] muito parecido com balançar uma mangueira para cima e para baixo, e observar a água viajar ao longo da mangueira”.

    Assim, os físicos conseguiram visualizar os elétrons “surfando” nas ondas e mediram como essas partículas ganhavam energia durante o processo – ou, como os pesquisadores escreveram, eles registraram “a distribuição da velocidade dos elétrons”.

    A equipe de cientistas encontrou na concordância entre resultados do experimento e teoria as confirmações necessárias. Troy Carter, professor de física da UCLA, afirmou: “A concordância entre experimento, simulação e modelagem fornece a primeira evidência direta de que as ondas de Alfvén podem produzir elétrons acelerados, causando a aurora”.

    Patrick Koehn, cientista da Divisão Heliofísica da Nasa, acredita que entender o mecanismo de aceleração de elétrons que causa a aurora servirá a muitos estudos. “Isso nos ajuda a entender melhor o clima espacial. O mecanismo de aceleração dos elétrons verificado nesse projeto também funciona em outros lugares do sistema solar, então ele terá muitas aplicações na física espacial. Também será útil para previsão do tempo no espaço, algo por que a Nasa se interessa muito”, escreveu em e-mail à CNN.

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