A magnetosfera da Terra contém plasma, um gás ionizado composto de íons positivos e elétrons negativos. O movimento dessas partículas carregadas de plasma é controlado por campos eletromagnéticos. Acredita-se que os processos de transferência de energia que ocorrem neste plasma espacial sem colisão sejam baseados em interações onda-partícula, como aceleração de partícula por ondas de plasma e geração espontânea de onda, que permitem a transferência de energia e momentum.

Contudo, enquanto a coexistência de ondas com partículas aceleradas na magnetosfera tem sido estudada por muitos anos, a natureza gradual das interações entre eles dificultou a observação desses processos. A detecção da transferência local de energia entre as partículas e os campos é, portanto, necessária para permitir uma avaliação quantitativa de suas interações.

Pesquisadores do Instituto de Pesquisa Ambiental do Espaço-Terra (ISEE) da Universidade de Nagoya fazem parte de uma equipe de pesquisa que realizou medições ultrarrápidas usando quatro espaçonaves magnetosféricas multiescala (MMS) para avaliar a transferência de energia que ocorreu durante as interações associadas às ondas eletromagnéticas do ciclotron de íons. "Observamos que as distribuições de íons não eram simétricas em torno da direção do campo magnético, mas na verdade estavam em fase com os campos de onda de plasma, "afirma Masafumi Shoji da Universidade de Nagoya.

As medições de alta resolução fornecidas pela espaçonave MMS foram combinadas com medições de íons de composição resolvida para demonstrar a ocorrência simultânea de duas transferências de energia. A primeira transferência de energia foi de íons de hidrogênio anisotrópicos quentes para uma onda de ciclotron de íons por meio de um processo de ressonância de ciclotron, enquanto a segunda transferência foi da onda do ciclotron para os íons de hélio, que ocorreu por meio de uma interação não ressonante e viu o frio He ⁺ íons sendo acelerados para energias de até 2 keV.

"Isso representa evidência quantitativa direta da ocorrência de transferência de energia sem colisão entre duas populações de partículas distintas por meio de interações onda-partícula, "diz Yoshizumi Miyoshi do ISEE da Universidade de Nagoya." As medições deste tipo irão até fornecer a capacidade de identificar os tipos de interação onda-partícula que estão ocorrendo. "As descobertas da equipe foram publicadas recentemente em Ciência .

Espera-se que esta pesquisa represente um grande passo em direção a uma compreensão quantitativa das interações onda-partícula e transferência de energia entre as populações de partículas no plasma espacial. Isso teria implicações para a nossa compreensão de uma ampla variedade de fenômenos de plasma espacial, incluindo o cinturão de radiação de Van Allen, tempestades geomagnéticas, precipitação de partículas aurorais, e perda atmosférica de planetas, como a perda de íons de oxigênio da atmosfera da Terra.