Mercúrio, o planeta mais próximo do sol, compartilha com a Terra a distinção de ser um dos dois planetas montanhosos do sistema solar com um campo magnético global que a protege dos raios cósmicos e do vento solar. Agora, pesquisadores, liderado pelo físico Chuanfei Dong do Princeton University Center for Heliophysics e do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), desenvolveram o primeiro modelo detalhado da interação entre o vento magnetizado e o campo magnético, ou magnetosfera, que cerca o planeta - descobertas que podem levar a uma melhor compreensão do campo mais forte ao redor da Terra.

Ferramenta básica

Dong usou um novo código de simulação tridimensional chamado "Gkeyll", que incorpora a física do comportamento em microescala em um modelo sofisticado em macroescala. A simulação entregará uma ferramenta básica para a missão do satélite gêmeo BepiColombo a caminho de Mercúrio, para o qual Dong é um co-investigador de um conjunto de quatro instrumentos a bordo da espaçonave. A missão internacional, nomeado em homenagem ao falecido matemático Giuseppe (Bepi) Colombo da Universidade de Pádua e lançado por agências espaciais europeias e japonesas em 2018, está programado para chegar a Mercúrio e começar a orbitar em 2025. "Forneceremos informações numéricas com base no modelo que ajudará a missão a compreender suas descobertas, "disse Dong, autor principal de um artigo que descreve o modelo em Cartas de pesquisa geofísica .

Plasma, o estado da matéria que consiste em núcleos atômicos carregados positivamente e elétrons carregados negativamente, compõe 99 por cento do universo visível. Reconexão magnética, a fusão e separação violenta das linhas do campo magnético no plasma, regula a magnetosfera de Mercúrio, que é muito menor, mas muito mais dinâmico do que o da Terra. A reconexão ocorre quando o vento solar atinge a magnetosfera de Mercúrio, fazendo com que seu campo magnético circule pela frente, ou do lado diurno, da magnetosfera para trás, ou à noite, onde a reconexão ocorre novamente e o campo volta para o lado diurno.

A equipe de pesquisa capturou a física desse processo simulando 10 variáveis ​​distintas sem precedentes com Gkeyll. O modelo captura aspectos importantes do movimento dos elétrons perto do local de reconexão, um aspecto importante, mas pouco compreendido do processo, e concorda bem com as observações da NASA Mercury Surface, Ambiente Espacial, Satélite de Geoquímica e Distância (MESSENGER) que orbitou Mercúrio de 2011 a 2015.

Ambos os lados agora

Embora o único satélite MESSENGER não pudesse coletar dados dos campos diurnos e noturnos de Mercúrio simultaneamente, a missão do satélite gêmeo BepiColombo irá explorar os dois lados da magnetosfera. Além disso, desde o periapsia de MESSENGER, ou caminho mais próximo de Mercúrio, estava no hemisfério norte, o hemisfério sul e seu campo magnético ainda não foram totalmente investigados. A missão BepiColombo irá cobrir os dois hemisférios.

Uma peculiaridade de Mercúrio é que seu campo magnético é cerca de três vezes mais forte no hemisfério norte do que no sul, ao contrário do da Terra, onde os campos são basicamente os mesmos. A geração dos campos em ambos os planetas é a mudança do ferro líquido em seus núcleos derretidos eletricamente condutores. Em Mercúrio, o núcleo invulgarmente grande se estende por mais de 80 por cento do raio do interior, acoplar firmemente o campo ao núcleo que o cria.

O novo modelo permitiu que Dong e sua equipe explorassem muitas características-chave da magnetosfera de Mercúrio, como a reconexão na fronteira entre o vento solar e o campo magnético e o ciclo de ida e volta do campo. O modelo descobriu o papel essencial da física do elétron no processo de reconexão, que é "sem colisão" porque as partículas de plasma amplamente separadas no espaço nem sempre colidem. O modelo revelou ainda que o acoplamento estreito entre a magnetosfera e o grande núcleo de ferro ajuda a proteger Mercúrio da erosão pelo vento solar.

Etapa crucial

Estes achados, disse Dong, "representam um passo crucial para o estabelecimento de uma abordagem revolucionária inovadora" para uma melhor compreensão da física por trás do contato do vento solar com a magnetosfera assimétrica do planeta mais próximo do sol. "O trabalho de Chuanfei é um marco valioso na validação de nosso esforço para modelar o clima espacial nos planetas, e configura para fazer previsões sobre eventos climáticos espaciais extremos e de baixa intensidade na Terra, "disse Amitava Bhattacharjee, diretor do Princeton Center for Heliophysics e co-autor do artigo.