p Usando mais de 18 anos de dados da missão Cluster da ESA, cientistas mapearam os metais pesados ​​no espaço ao redor da Terra, encontrar uma distribuição inesperada e prevalência de ferro e lançar luz sobre a composição de nosso ambiente cósmico. p O espaço é frequentemente considerado desprovido de matéria, mas tecnicamente não é realmente vazio:a distribuição da matéria é muito, muito esparso. Nas proximidades da Terra, o espaço que os cientistas chamam de 'geoespaço' é, na verdade, preenchido com partículas carregadas:uma mistura de elétrons, que têm carga negativa, e íons carregados positivamente. Esses íons são jogadores-chave nos processos eletrodinâmicos que vemos no geoespaço, e contribuir para o turbulento, natureza mutável desta parte do cosmos.

p Uma detecção surpreendente

p Um novo estudo usa mais de 18 anos de dados da missão Cluster da ESA - lançada em agosto de 2000 e se aproximando de seu 20º aniversário no espaço - para explorar a prevalência de um íon importante considerado relativamente raro perto da Terra:o ferro. Investigando os dados do cluster coletados de 2001 a 2018, os pesquisadores detectaram uma distribuição inesperada de ferro em todo o geoespaço.

p "Embora as quantidades sejam mínimas, encontramos ferro em toda parte:em toda a região do geoespaço coberto pelo Cluster, e no vento solar próximo à Terra - o derramamento contínuo de partículas carregadas do sol, "diz o autor principal Stein Haaland do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar em Göttingen, Alemanha, e o Birkeland Center for Space Science da University of Bergen, Noruega.

p "Detectamos ferro em cerca de 10% das observações que, dada a relativa raridade do íon, é surpreendente. Não esperávamos encontrá-lo com tanta frequência. "

p Contudo, não é a presença do próprio ferro que surpreende, mas sim suas propriedades. O satélite Geotail JAXA / NASA, que passou mais de 25 anos observando o ambiente magnético da Terra, haviam detectado ferro ionizado isoladamente no geoespaço em 2017. Esses são átomos de ferro que foram despojados apenas da parte mais externa de seus elétrons. Os novos resultados não apenas confirmam esta descoberta, mas fornece uma nova parte essencial da imagem.

p "As observações do Cluster se concentram em uma faixa de energia muito maior do que o Geotail, e nos dá uma visão mais completa do espaço ao nosso redor, detectar não apenas ferro ionizado individualmente, mas também ferro multi-ionizado - estes são íons em estados energéticos mais elevados que foram despojados de mais de um elétron, "acrescenta Stein." O ferro no vento solar tende a ser visto em estados de carga mais alta, então precisamos disso mais amplo, maior faixa de energia para entender o vento solar em particular e seu impacto no ambiente magnético da Terra. "

p A fonte de ferro no geoespaço

p Os íons podem entrar no geoespaço por cima ou por baixo. Alguns viajam da atmosfera da Terra, enquanto outros fluem do vento solar. A fonte de metais pesados, como ferro, ainda é debatido - de onde vêm esses íons, e como eles contribuem para os fenômenos que vemos ao nosso redor?

p "As observações do Geotail focaram no ferro subindo da atmosfera da Terra, e com energias bastante baixas, "explica Stein." Descobrimos que há muito mais ferro vindo do sol, e em energias muito mais altas. Também encontramos ferro nas regiões acima das calotas polares da Terra - um local que Geotail não cobriu. "

p Com base nos resultados anteriores, o novo estudo explora a fonte potencial do ferro ionizado com mais profundidade. Este é um fator chave para a compreensão da dinâmica e propriedades do geoespaço, nossa magnetosfera, o vento solar, e como essas estruturas se encontram e interagem.

p Pesquisas anteriores propuseram que as detecções de íons de ferro em latitudes mais altas podem ser devido a uma variedade de fatores, incluindo meteoritos entrando na atmosfera da Terra e se separando, partículas sendo elevadas de certas camadas da atmosfera, ou mesmo partículas sendo ejetadas da lua. Contudo, os novos resultados do Cluster não mostram evidências convincentes de qualquer um desses processos; em vez de, eles sugerem que o ferro vem direto do sol.

p "Os dados sobre a distribuição e a presença do ferro variaram ao longo do tempo de uma forma que correspondeu às perturbações no campo magnético da Terra, e flutuações de longo prazo na atividade solar, "diz Stein." Isso sugere que a maior parte do ferro no geoespaço se originou do vento solar que passou pela magnetosfera, em vez de viajar para cima a partir da atmosfera do nosso planeta. "

p Oculto nos dados

p Para mapear a composição do geoespaço, Stein e seus colegas usaram os dados do Cluster de uma forma inesperada. Eles exploraram medições que não foram coletadas para fins científicos, mas para diagnósticos operacionais de um dos instrumentos da espaçonave - RAPID (Research with Adaptive Particle Imaging Detectors).

p O instrumento identifica e caracteriza os vários íons que detecta medindo suas energias e tempo de viagem dentro do detector. Para a atividade científica comum, RAPID calcula essas propriedades apenas para hidrogênio, átomos de hélio e oxigênio; Contudo, para fins de diagnóstico, o instrumento fornece propriedades adicionais para um número limitado de partículas, estendendo a faixa testada para íons mais pesados.

p Essas medições servem para calibrar o instrumento e garantir que ele está funcionando como pretendido. Contudo, os cientistas usaram essas observações diagnósticas - um total de 122.000 horas - para determinar a composição dos íons recebidos e identificar as partículas de ferro.

p "A capacidade do RAPID de medir a composição de íons foi essencial. Precisamos de medições de composição para nos ajudar a entender melhor de onde vêm os vários elementos encontrados na Terra ou próximos a ela, e para caracterizar nosso ambiente cósmico, "diz Stein.

p Minerando os arquivos

p Compreender o espaço ao redor da Terra é um dos objetivos centrais do Cluster. O quarteto de naves espaciais, voando em formação ao redor da Terra, passou anos entrando e saindo do campo magnético do nosso planeta, investigando como o sol e a Terra interagem e caracterizando os fenômenos causados ​​por essas interações.

p A longevidade da missão e sua ampla órbita permitiram reunir quase duas décadas de dados cobrindo todas as regiões próximas à Terra do espaço, e grande parte do vento solar.

p "Precisávamos desse longo intervalo de tempo para nossa pesquisa - e isso só foi possível graças ao Cluster Science Archive, que fornece dados de melhor qualidade para a comunidade científica usar, "acrescenta o co-autor Patrick Daly, também do Instituto Max Planck de Pesquisa do Sistema Solar e Pesquisador Principal do instrumento RAPID.

p "Foi necessário um esforço considerável para configurar este arquivo, e manter continuamente seus altos padrões de calibração e confiabilidade. O arquivo é um crédito para os vários engenheiros dedicados, operadores de espaçonaves e equipes de arquivamento de dados que garantiram que o Cluster permanecesse operacional e ainda fornecesse novos, emocionante, informações acessíveis sobre o espaço próximo à Terra. "

p Notavelmente, os conjuntos de dados do Cluster Science Archive incluem dados de diagnóstico detalhados - algo que geralmente não é incluído em todos os arquivos de missão.

p "Isso destaca a importância dos arquivos científicos em geral e dos dados diagnósticos em particular, mostrando como informações realmente valiosas podem ser obtidas a partir desses conjuntos de dados versáteis, a fim de produzir resultados científicos de ponta, "diz Philippe Escoubet, Cientista do Projeto de Cluster da ESA.

p "Também demonstra muito bem como a pesquisa evolui e impulsiona continuamente. A detecção de ferro teria sido um resultado totalmente inesperado quando o Cluster foi lançado pela primeira vez, mas a missão continua a fornecer um tesouro de dados sobre o meio ambiente da Terra. "