Nesta imagem, A Terra é o ponto à esquerda da imagem e o grande arco ao redor é o arco magnético de choque do nosso planeta. O padrão de turbilhão à direita é a região da proa onde o vento solar se quebra em ondas ao encontrar partículas refletidas do choque de proa. A imagem foi criada usando o modelo Vlasiator, uma simulação de computador desenvolvida na Universidade de Helsinque para estudar a interação magnética da Terra com o vento solar. Crédito:equipe Vlasiator, Universidade de Helsinque
Dados da missão Cluster da ESA forneceram uma gravação da "canção" sinistra que a Terra canta quando é atingida por uma tempestade solar.
A música vem de ondas que são geradas no campo magnético da Terra pela colisão da tempestade. A própria tempestade é a erupção de partículas eletricamente carregadas da atmosfera solar.
Uma equipe liderada por Lucile Turc, um ex-bolsista da ESA que agora está baseado na Universidade de Helsinque, Finlândia, fez a descoberta após analisar dados do Cluster Science Archive. O arquivo fornece acesso a todos os dados obtidos durante a missão contínua do Cluster ao longo de quase duas décadas.
O cluster consiste em quatro espaçonaves que orbitam a Terra em formação, investigando o ambiente magnético do nosso planeta e sua interação com o vento solar - um fluxo constante de partículas liberadas pelo sol no Sistema Solar.
Como parte de suas órbitas, a espaçonave Cluster voa repetidamente pelo foreshock, que é a primeira região que as partículas encontram quando uma tempestade solar atinge nosso planeta. A equipe descobriu que na parte inicial da missão, de 2001 a 2005, a espaçonave passou por seis dessas colisões, registrando as ondas que foram geradas.
A nova análise mostra que, durante a colisão, o pré-choque é levado a liberar ondas magnéticas que são muito mais complexas do que se pensava à primeira vista.
"Nosso estudo revela que as tempestades solares modificam profundamente a região do abismo, "diz Lucile.
Quando as frequências dessas ondas magnéticas são transformadas em sinais audíveis, eles dão origem a uma canção misteriosa que pode lembrar mais os efeitos sonoros de um filme de ficção científica do que um fenômeno natural.
Em tempos de silêncio, quando nenhuma tempestade solar está atingindo a Terra, a música é mais grave e menos complexa, com uma única frequência dominando a oscilação. Quando chega uma tempestade solar, a frequência da onda é quase o dobro, com a frequência precisa das ondas resultantes sendo dependente da força do campo magnético na tempestade.
"É como se a tempestade estivesse mudando a afinação do foreshock, "explica Lucile.
E não para por aí, porque não só a frequência da onda muda, mas também se torna muito mais complicada do que a única frequência presente em tempos de silêncio. Uma vez que a tempestade atinge o foreshock, a onda se quebra em uma rede complexa de diferentes, frequências mais altas.
Simulações de computador do foreshock, realizado usando um modelo chamado Vlasiator, que está sendo desenvolvido na Universidade de Helsinque, demonstrar o intrincado padrão de onda que aparece durante as tempestades solares.
As mudanças no pré-choque têm o poder de afetar a maneira como a tempestade solar se propaga para a superfície da Terra. Embora ainda seja uma questão em aberto exatamente como esse processo funciona, é claro que a energia gerada pelas ondas no foreshock não pode escapar de volta para o espaço, à medida que as ondas são empurradas em direção à Terra pela tempestade solar que se aproxima.
Antes que eles atinjam nossa atmosfera, Contudo, as ondas encontram outra barreira, o choque do arco, que é a região magnética do espaço que desacelera as partículas do vento solar antes que elas colidam com o campo magnético da Terra. A colisão das ondas magnéticas modifica o comportamento do choque de arco, possivelmente mudando a maneira como processa a energia da tempestade solar que se aproxima.
Atrás do choque do arco, os campos magnéticos da Terra começam a ressoar na frequência das ondas e isso contribui para transmitir a perturbação magnética por todo o caminho até o solo. É um processo rápido, levando cerca de dez minutos desde a onda sendo gerada no foreshock até sua energia atingir o solo.
Lucile e seus colegas agora estão trabalhando para entender exatamente como essas ondas complexas são geradas.
"Sempre esperamos uma mudança na frequência, mas não no nível de complexidade da onda, " Ela adiciona.
Tempestades solares fazem parte do clima espacial. Enquanto o vento solar está sempre soprando, explosive releases of energy close to the sun's surface generate turbulence and gusts that eventually give rise to solar storms.
Understanding space weather has become increasingly important to society because of the damaging effects solar storms can have on sensitive electronics and technology on ground and in space. It is now more important than ever that we understand how space weather disturbances such as solar storms propagate through the Solar System and down to Earth, and ESA's upcoming Solar Orbiter mission, scheduled for launch in February 2020, will greatly contribute to these investigations.
This new scientific study based on the long-lived Cluster mission provides another detail in that knowledge but it also has a larger role to play in our understanding of the universe. Magnetic fields are ubiquitous and so the kind of complex interaction seen in Earth's foreshock may take place in a variety of cosmic environments, including exoplanets orbiting close to their parent star, as they would be immersed in intense magnetic fields.
"This is an excellent example of how Cluster continues to extend our knowledge of the sun-Earth connection, even years after the original data was obtained, " says Philippe Escoubet, ESA Project Scientist for Cluster.
"The results take us deeper into the details of fundamental magnetic interactions that take place across the universe."
