Quando o vento solar - que na verdade é uma chuva de partículas carregadas do sol - atinge o campo magnético protetor da Terra, o choque gera turbulência, campos magnéticos turbulentos que envolvem o planeta e se estendem por centenas de milhares de quilômetros.

Para onde vai toda essa energia turbulenta?

Uma das missões meteorológicas espaciais da NASA, chamado Multiescala Magnetosférica ou MMS, descobriu uma maneira surpreendente de dissipar essa energia turbulenta:a energia magnética é convertida em jatos de elétrons de alta velocidade à medida que os campos magnéticos se rompem e se reconectam.

A descoberta ajudará os cientistas a entender o papel que a reconexão magnética desempenha em outras partes do espaço, por exemplo, no aquecimento da corona solar inexplicavelmente quente - a atmosfera externa do sol - e na aceleração do vento solar supersônico. A próxima missão Parker Solar Probe da NASA será lançada diretamente em direção ao sol neste verão para investigar exatamente esses fenômenos, armados com esta nova compreensão da reconexão magnética perto da Terra.

E uma vez que a reconexão magnética ocorre em todo o universo, o que os cientistas aprendem sobre isso em nosso planeta - o que é mais fácil de examinar - pode ser aplicado a outros processos mais distantes.

"MMS descobriu a reconexão magnética de elétrons, um novo processo muito diferente da reconexão magnética padrão que acontece em áreas mais calmas ao redor da Terra, "disse Tai Phan, pesquisador sênior do Laboratório de Ciências Espaciais da Universidade da Califórnia, Berkeley. "Essa descoberta ajuda os cientistas a entender como os campos magnéticos turbulentos dissipam energia por todo o cosmos."

Phan é o autor principal de um artigo que descreve as descobertas que serão publicadas esta semana na revista. Natureza .

"A turbulência ocorre em todos os lugares do espaço:no sol, no vento solar, meio interestelar, dínamos, discos de acreção em torno das estrelas, em jatos de núcleos galácticos ativos, choques remanescentes de supernova e muito mais, "disse Michael Shay, da Universidade de Delaware, um co-autor do artigo.

Os campos magnéticos turbulentos são diferentes

A reconexão magnética padrão é observada na magnetosfera relativamente plácida da Terra, que é como um campo de força magnética que protege o planeta do intenso vento solar. Dentro desta região, campos magnéticos ondulantes podem se cruzar, interromper e reconectar; as linhas do campo magnético reunidas se rompem como um elástico e lançam átomos ionizados em alta velocidade por toda a magnetosfera.

Os jatos de íons, cunhas de átomos de hidrogênio ionizado acelerando em direções opostas, aquecer os gases ao redor da Terra e impulsionar o clima espacial. Algumas das partículas carregadas são canalizadas para os pólos norte e sul, onde eles colidem com átomos na atmosfera e criam as auroras.

O novo processo ocorre mais longe da superfície da Terra, em uma zona turbulenta onde o vento solar atinge uma onda de choque ao redor da Terra e diminui drasticamente. Duas vezes a largura da própria Terra, esta zona - a bainha do magneto - é altamente turbulenta.

"A turbulência na bainha do magneto contém muita energia magnética, "Phan disse." As pessoas têm debatido como essa energia é dissipada, e a reconexão magnética é um dos processos possíveis. "

Phan e seus colegas usaram dados do MMS para provar que o novo processo de reconexão magnética de elétrons acontece em uma escala menor na turbulência e cria jatos de elétrons em vez de íons. Os elétrons se movem cerca de 40 vezes mais rápido do que os íons acelerados pela reconexão padrão.

"Agora temos evidências de que a reconexão acontece para dissipar a energia turbulenta na bainha do magneto, mas é um novo tipo de reconexão, "disse Shay.

Os campos magnéticos podem ser turbulentos demais para se reconectar?

A reconexão magnética foi observada inúmeras vezes na magnetosfera, mas sempre em condições calmas. O novo evento ocorreu na bainha da magnetosfera, fora da fronteira externa da magnetosfera. Anteriormente, os cientistas não sabiam se a reconexão poderia ocorrer lá, porque o plasma é altamente caótico naquela região, Phan disse.

MMS descobriu que sim, mas em escalas muito menores do que as espaçonaves anteriores podiam sondar e a teoria previa. Porque envolve apenas elétrons, ele permaneceu oculto aos cientistas em busca da assinatura reveladora da reconexão magnética padrão:os jatos de íons.

"Achamos que isso ocorre porque os elétrons são rápidos e leves e podem facilmente participar, mas os prótons lentos e pesados ​​não podem, "disse Jonathan Eastwood, professor do Imperial College London e co-autor do artigo. "Geral, este resultado abre novas áreas de pesquisa em reconexão turbulenta. "

O MMS consiste em quatro espaçonaves idênticas voando em uma pirâmide ou formação tetraédrica para estudar a reconexão magnética ao redor da Terra em três dimensões. Como as espaçonaves voam incrivelmente próximas umas das outras - a uma separação média de apenas quatro milhas e meia - elas são capazes de observar fenômenos que ninguém viu antes. Além disso, Os instrumentos do MMS são projetados para capturar dados em velocidades 100 vezes mais rápidas do que as missões anteriores.

Mesmo que os instrumentos a bordo do MMS sejam incrivelmente rápidos, eles ainda são muito lentos para capturar a reconexão turbulenta em ação, o que requer a observação de camadas estreitas de partículas em movimento rápido lançadas pelas linhas de campo que recuam. Comparado com a reconexão padrão, em que grandes jatos de íons fluem para fora do local de reconexão, a reconexão turbulenta ejeta jatos estreitos de elétrons com apenas alguns quilômetros de largura.

Mas os cientistas MMS foram capazes de alavancar o design de um instrumento, a Investigação Rápida de Plasma, para criar uma técnica que lhes permitisse ler nas entrelinhas e reunir pontos de dados extras para resolver os jatos.

"O evento principal do papel acontece em 45 milissegundos. Este seria um ponto de dados com os dados regulares, "disse Amy Rager, um estudante de graduação na Universidade Católica da América em Washington, D.C., que trabalhou no Goddard Space Flight Center da NASA para desenvolver a técnica. "Mas, em vez disso, podemos obter de seis a sete pontos de dados nessa região com este método, nos permitindo entender o que está acontecendo. "

Com o novo método, os cientistas do MMS têm esperança de poder vasculhar os conjuntos de dados existentes para encontrar mais desses eventos, e potencialmente outras descobertas inesperadas também.