Goddard / NASA
Esta animação ilustra como as partículas se movem através das cinturas de radiação da Terra. A esfera no meio mostra uma nuvem de material mais frio chamada plasmasfera. Novas investigações mostram que a plasmasfera ajuda a manter os electrões altamente energéticos e rápidos, das cinturas de radiação, longe da Terra
Cientistas descobriram que as chamadas Cinturas de Van Allen, duas zonas de radiação fervilhante que rodeiam a Terra, contêm uma barreira quase impenetrável que impede os electrões mais rápidos e energéticos de chegar à Terra.
As Cinturas de radiação de Van Allen são uma colecção de partículas carregadas, reunidas pelo campo magnético da Terra. Podem aumentar e diminuir em resposta à energia recebida do Sol, por vezes inchando o suficiente para expor os satélites em órbita baixa da Terra a radiação prejudicial.
A descoberta do colector, que actua como uma barreira dentro das cinturas, foi feita pelas sondas Van Allen da NASA, lançadas em Agosto de 2012 para estudar a região. Um artigo sobre estes resultados foi publicado na edição online de dia 27 de Novembro da revista Nature.
“Esta barreira para electrões ultra-rápidos é uma característica marcante das cinturas,” afirma Dan Baker, cientista espacial da Universidade do Colorado em Boulder, EUA, e autor principal do estudo. “Fomos capazes de a estudar pela primeira vez, porque nunca tivemos medições tão precisas desses electrões altamente energéticos até agora.”
A compreensão do que dá às cinturas de radiação a sua forma e do que pode afectar o modo como incham ou encolhem ajuda os cientistas a prever o aparecimento dessas alterações. Tais previsões podem ajudar os cientistas a proteger os satélites na área da radiação.
As Cinturas de Van Allen foram a primeira descoberta da era espacial, medidas com o lançamento do primeiro satélite americano, o Explorer 1, em 1958. Nas décadas seguintes, os cientistas descobriram que o tamanho das cinturas pode mudar – podem até fundir-se ou mesmo separar-se ocasionalmente em três cinturas. Mas geralmente a cintura interna estende-se entre os 650 e os 9650 km acima da superfície da Terra e a cintura exterior entre os 13.500 e os 58.000km acima da superfície da Terra.
Uma zona de espaço quase vazio normalmente separa as cinturas. Mas, o que as mantém separadas? Porque é que existe uma região entre as cinturas, sem electrões?
É aqui que entra a barreira recém-descoberta. Os dados das sondas Van Allen mostram que a borda interna da cintura exterior é, de facto, altamente pronunciada. Para os electrões mais rápidos e energéticos, esta orla é uma fronteira que, em circunstâncias normais, os electrões simplesmente não conseguem penetrar.
“Quando estudamos os electrões altamente energéticos, só chegam até uma certa distância da Terra,” afirma Shri Kanekal, cientista-adjunto da missão das sondas Van Allen no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado americano de Marylan, e co-autor do artigo publicado na Nature. “Isto é completamente novo. Nós certamente não esperávamos tal coisa.”
A equipa analisou as possíveis causas e determinou que as transmissões geradas por humanos não eram a causa da barreira. Analisaram também as causas físicas: será que a própria forma do campo magnético da Terra cria esta fronteira? Os cientistas estudaram essa hipótese, mas eliminaram a possibilidade.
E no que toca à presença de outras partículas espaciais? Parece ser esta a causa mais provável.
Plasmasfera
As cinturas de radiação não são as únicas estruturas de partículas ao redor da Terra. Uma nuvem gigante de partículas carregadas e relativamente frias, chamada plasmasfera, preenche a região mais exterior da atmosfera da Terra, começando a partir dos 960km e estendendo-se parcialmente até à cintura exterior de Van Allen. As partículas no limite exterior da plasmasfera fazem com que as partículas na cintura exterior de radiação se dispersem, removendo-as da cintura.
Goddard / NASA
Uma nuvem de gás frio e carregado em redor da Terra, chamada plasmasfera e vista aqui em roxo, interage com as partículas nas cinturas de radiação da Terra – em cinzento – para criar uma barreira impenetrável que impede com que os electrões mais rápidos se movam para mais perto do nosso planeta
Este efeito de dispersão é bastante fraco e pode não ser suficiente para manter os electrões na orla no lugar, à excepção de um capricho de geometria: os electrões da cintura de radiação movem-se incrivelmente rápido, mas não em direcção à Terra. Em vez disso, movem-se em círculos gigantes em torno da Terra.
Os dados das sondas Van Allen mostram que na direcção da Terra, os electrões mais energéticos têm muito pouco movimento, se é que o têm – apenas uma deriva lenta e subtil que ocorre ao longo de meses. Este é um movimento tão lento e fraco que pode ser repelido pela dispersão provocada pela plasmasfera.
Isto também ajuda a explicar por que – sob condições extremas, quando um vento solar especialmente forte ou uma erupção solar gigante, como uma ejecção de massa coronal, envia nuvens de material para o espaço próximo da Terra – os electrões da cintura exterior podem ser empurrados para a região normalmente vazia entre as cinturas.
“A dispersão devida à plasmapausa é forte o suficiente para criar uma parede na borda interna da cintura exterior de Van Allen”, afirma Baker. “Mas um evento solar forte faz com que a fronteira da plasmasfera se mova para dentro.”
Uma entrada maciça de matéria do Sol pode corroer a plasmasfera exterior, movendo os seus limites para dentro e permitindo com que os electrões das cinturas de radiação também se movam mais para perto da Terra.
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