As auroras da Terra se formam quando partículas carregadas da magnetosfera atingem moléculas na atmosfera, energizando-os ou mesmo ionizando-os. À medida que as moléculas relaxam para o estado fundamental, eles emitem um fóton de luz visível em uma cor característica. Essas partículas em colisão - principalmente elétrons - são aceleradas por campos elétricos localizados paralelos ao campo magnético local que ocorre em uma região que abrange vários raios da Terra.

A evidência desses campos elétricos foi fornecida por missões de foguetes e naves espaciais que datam da década de 1960, no entanto, nenhum mecanismo de formação definitivo foi aceito. Para discriminar adequadamente entre uma série de hipóteses, os pesquisadores precisam compreender melhor a distribuição espacial e temporal e a evolução desses campos. Quando a missão de cluster da Agência Espacial Européia (ESA) baixou seu perigeu em 2008, essas observações tornaram-se possíveis.

O cluster consiste em quatro espaçonaves idênticas, voando com separações que podem variar de dezenas de quilômetros a dezenas de milhares. As observações simultâneas entre as quatro naves permitem que os físicos espaciais deduzam a estrutura 3D do campo elétrico.

Marklund e Lindqvist coletam e resumem as contribuições do Cluster para a nossa compreensão da região de aceleração auroral (AAR), a área do espaço em que os processos acima descritos ocorrem.

Ao coletar um grande número de trânsitos de cluster por esta região, os físicos deduziram que o AAR pode geralmente ser encontrado em algum lugar entre 1 e 4,4 raios terrestres acima da superfície, com a maior parte da aceleração ocorrendo no terço inferior. Apesar deste relativamente amplo "AAR estatístico, "a região de aceleração em qualquer momento é geralmente fina; em uma observação, por exemplo, o AAR foi confinado a uma faixa de altitude de 0,4 raio da Terra, enquanto a camada real era provavelmente muito mais fina do que isso. As observações não podem determinar exclusivamente a espessura da camada real, que pode ser tão pequeno quanto a ordem de 1 quilômetro, dizem os autores. Observa-se que tais estruturas permanecem estáveis ​​por alguns minutos de cada vez.

As medições de cluster também lançaram luz sobre a conexão entre a forma observada do potencial de aceleração do elétron e o ambiente de plasma subjacente. Os chamados potenciais em forma de S surgem na presença de transições de densidade de plasma nítidas, enquanto os em forma de U estão relacionados a limites mais difusos. Contudo, a natureza dinâmica do plasma espacial significa que a morfologia de uma fronteira pode mudar em escalas de tempo de minutos, como exemplificado por um estudo de caso.

Em suma, 2 décadas de observações de Cluster melhoraram significativamente nossa compreensão dos processos - tanto locais quanto amplos - que resultam nas belas auroras de nosso planeta. Com as missões estendidas até 2022, podemos esperar mais informações nos próximos anos.

Esta história é republicada por cortesia de Eos, patrocinado pela American Geophysical Union. Leia a história original aqui.