p Usando dados in-situ sem precedentes da missão Cluster da ESA, os cientistas lançaram luz sobre a natureza em constante mudança do escudo da Terra contra a radiação cósmica, seu choque de arco, revelando como este acelerador de partículas transfere e redistribui energia por todo o espaço. p O novo estudo usou observações de duas das quatro naves espaciais da missão Cluster, que voou em formação compacta através do choque da proa da Terra, sentado a apenas 7 quilômetros de distância.

p Os dados foram coletados em 24 de janeiro de 2015 a uma distância de 90, 000 quilômetros da Terra, cerca de um quarto do caminho para a Lua, e revelar propriedades do choque de arco que não estavam claras devido à falta de tais medições in situ com espaçamento próximo.

p Quando um fluxo supersônico encontra um obstáculo, um choque se forma. Isso é visto com frequência no universo em torno das estrelas, remanescentes de supernova, cometas, e planetas - incluindo o nosso. Choques são conhecidos por serem aceleradores de partículas muito eficientes, e potencialmente responsável pela criação de algumas das partículas mais energéticas do universo.

p O choque em torno da Terra, conhecido como choque de arco, é a nossa primeira linha de defesa contra partículas que inundam o interior do cosmos, e nosso banco de ensaio mais próximo para estudar a dinâmica dos choques de plasma. Existe devido ao alto, velocidades supersônicas de partículas do vento solar, que criam um fenômeno semelhante à onda de choque formada quando um avião quebra a barreira da velocidade do som.

p O novo estudo, publicado hoje em Avanços da Ciência , revela os mecanismos em jogo quando este choque transfere energia de um tipo para outro.

p "O arco de choque da Terra é um laboratório de choque natural e ideal, "diz o autor principal Andrew Dimmock do Instituto Sueco de Física Espacial em Uppsala, Suécia.

p "Graças a missões como Cluster, somos capazes de colocar várias espaçonaves dentro e ao redor dela, cobrindo escalas de centenas a apenas alguns quilômetros.

p "Isso significa que podemos separar como o choque muda no espaço e ao longo do tempo, algo que é crucial para caracterizar um choque desse tipo. "

p Existem vários tipos de choque, definido pelas maneiras como transferem energia cinética para outros tipos de energia. Na atmosfera da Terra, a energia cinética é transformada em calor à medida que as partículas colidem umas com as outras - mas as vastas distâncias em jogo no choque de proa do nosso planeta significam que as colisões de partículas não podem desempenhar tal papel na transferência de energia lá, porque eles estão simplesmente muito distantes.

p Esse tipo de choque é, portanto, conhecido como choque sem colisão. Esses choques podem existir em uma vasta gama de escalas, de milímetros até o tamanho de um aglomerado de galáxias, e, em vez disso, transferir energia por meio de processos que envolvem ondas de plasma e campos elétricos e magnéticos.

p "Além de ser sem colisão, O choque de proa da Terra também pode ser não estacionário, "acrescenta o co-autor Michael Balikhin, da Universidade de Sheffield, REINO UNIDO.

p "De certa forma, ele se comporta como uma onda no mar:conforme uma onda se aproxima da praia, parece aumentar de tamanho à medida que a profundidade diminui, até que se quebre - isso ocorre porque a crista da onda se move mais rápido do que o vale, fazendo com que ele se dobre e se quebre.

p "Este tipo de 'quebra' ocorre com ondas de plasma, também, embora a física seja um pouco mais complicada. "

p Para investigar em detalhes as escalas físicas em que essa quebra de onda é iniciada - algo que antes era desconhecido - os pesquisadores solicitaram uma campanha especial na qual duas das quatro sondas Cluster foram movidas para uma separação sem precedentes de menos de 7 km, coleta de dados de alta resolução de dentro do próprio choque.

p Analisando os dados, a equipe descobriu que as medições do campo magnético obtidas pelas duas espaçonaves Cluster diferiam significativamente. Esta evidência direta de que estruturas de campo magnético em pequena escala existem dentro da extensão mais ampla do choque de arco indicam que elas são essenciais para facilitar a quebra de ondas de plasma, e, portanto, a transferência de energia, nesta porção da magnetosfera.

p Com tamanhos de alguns quilômetros, semelhantes às escalas em que os elétrons giram em torno das linhas do campo magnético, essas estruturas estão localizadas em uma parte particularmente fina e variável do choque, onde as propriedades do plasma constituinte e dos campos circundantes podem mudar drasticamente.

p "Esta parte do choque de proa é conhecida como rampa de choque, e pode ser tão fino quanto alguns quilômetros - uma descoberta que também foi baseada em dados do Cluster alguns anos atrás, "diz o co-autor Philippe Escoubet, que também é cientista do projeto ESA para a missão Cluster.

p Lançado em 2000, As quatro espaçonaves de Cluster voam em formação ao redor da Terra, tornando-se a primeira missão espacial capaz de estudar, em três dimensões, os processos físicos que ocorrem dentro e nas proximidades do ambiente magnético da Terra.

p "Este tipo de estudo realmente mostra a importância do Cluster como uma missão, "acrescenta Escoubet." Ao conseguir separações de espaçonaves incrivelmente pequenas - sete quilômetros como usados ​​neste estudo e ainda menores, até apenas três quilômetros - Cluster está nos permitindo sondar o ambiente magnético de nosso planeta nas menores escalas já alcançadas.

p "Isso aumenta nossa compreensão do choque de proa da Terra e como ele atua como um acelerador de partículas gigante - algo que é a chave em nosso conhecimento do universo de alta energia."