p Os pesquisadores investigaram as interações onda-partícula entre elétrons energéticos e ondas de coro que evoluem no espaço ao redor da Terra usando o satélite científico Arase e, simultaneamente, flashes aurorais transitórios pela rede de observação global terrestre. A investigação visualizou o desenvolvimento espacial assimétrico de regiões de interação onda-partícula na ordem de sub-segundos. Espera-se que isso contribua para a exploração segura e protegida do espaço, estabelecendo mapas de perigo do ambiente eletromagnético espacial. p Sabe-se que no espaço ao redor da Terra (o espaço até a altitude da órbita geoestacionária, chamado Geospace), existem áreas de partículas carregadas presas chamadas cintos de Van Allen que podem afetar os serviços comerciais de satélite, e existe a preocupação de que os astronautas possam ser expostos a essas partículas carregadas, por exemplo, em uma missão tripulada à lua. Os elétrons de alta energia nos cinturões de Van Allen da Terra são conhecidos por serem gerados por interações ressonantes de ondas de coro eletromagnéticas que evoluem na magnetosfera com elétrons energéticos; esse fenômeno é chamado de interação de partícula-onda de coro.

p As interações onda-partícula do coro aceleram os elétrons para energias relativísticas e também precipitam elétrons energéticos da magnetosfera para a atmosfera da Terra ao longo das linhas do campo geomagnético para causar tipos especiais de auroras. Além disso, elétrons energéticos precipitam na atmosfera da Terra ao longo das linhas do campo geomagnético, não apenas gerando auroras, mas mudando a composição atmosférica. Assim, investigação da magnetosfera, onde as interações de onda-partícula de coro são geradas, deve dar pistas sobre o ambiente eletromagnético na magnetosfera e seus efeitos na atmosfera da Terra. Este campo tem recebido atenção internacional há mais de 50 anos. Contudo, uma vez que um único pacote de ondas chorus dura menos de um segundo, e uma vez que é quase impossível investigar a vasta magnetosfera usando um número limitado de satélites científicos, o desenvolvimento espacial, especialmente, da magnetosfera tem sido mal compreendida.

p Usando o satélite científico Arase, que investiga a dinâmica dos cinturões de Van Allen, bem como tempestades geoespaciais, a equipe capturou simultaneamente não apenas pacotes de ondas de coro na magnetosfera, mas também flashes aurorais transitórios de várias centenas de milissegundos cerca de 30, 000 quilômetros distante de Arase, gerado por interações de partícula-onda de coro. A fim de capturar simultaneamente aurorae e interações onda-partícula de coro, que estão relacionados entre si, é necessário um satélite científico em uma órbita apropriada, bem como uma rede de observação no solo que realize observações conjugadas com o satélite.

p A equipe de pesquisa desenvolveu um sistema de medição de ondas eletromagnéticas líder mundial que estava a bordo do satélite Arase, e estabeleceu o PWING (estudo da variação dinâmica de partículas e ondas na magnetosfera interna usando observações de rede baseadas no solo) cobrindo toda a Terra (mas principalmente no hemisfério norte) longitudinalmente ao longo de quase a mesma latitude geomagnética. A equipe de pesquisa viajou para cada base terrestre internacional da PWING para instalar novas câmeras de alta sensibilidade e outros instrumentos (consulte "Notícias de observação" na página da web da PWING). Assim, foi possível capturar detalhes de ondas de coro pelo satélite Arase, bem como capturar auroras relacionadas de qualquer longitude e em qualquer momento (Figura 1). Isso possibilitou observações simultâneas com alta resolução de tempo (10 milissegundos).

p Uma aurora relâmpago observada em Gakona, Alasca, uma das bases internacionais da PWING, e que está conectado com o satélite Arase ao longo da linha do campo geomagnético, mostraram variações espaciais e de intensidade da ordem de centenas de milissegundos, que correspondiam às ondas do coro na magnetosfera (Figura 2). Essa observação revelou que um flash de aurora poderia se tornar uma exibição mostrando desenvolvimentos espaciais de regiões de interação onda-partícula que acompanham ondas de coro.

p A intensidade e as mudanças espaciais das auroras capturadas no solo visualizaram detalhes das regiões de interação onda-partícula, que não pode ser capturado por observações pontuais usando um satélite científico. A observação confirmou a assimetria geomagnética norte-sul pela primeira vez. As variações observadas indicam não apenas evoluções espaciais ao longo das linhas do campo geomagnético por ressonância efetiva de ondas eletromagnéticas e elétrons (observáveis ​​como mudanças dependentes do tempo da intensidade auroral), mas também evoluções através das linhas do campo geomagnético (observáveis ​​como mudanças espaciais da morfologia auroral). A observação também sugere precipitação rápida, em centenas de milissegundos, de elétrons energéticos na atmosfera, o que pode provocar mudanças na composição atmosférica.

p O presente estudo relata desenvolvimentos espaciais até então desconhecidos de regiões de interação onda-partícula em linhas de campo geomagnético. Apresenta análises usando um satélite científico e uma rede de observação terrestre. No futuro, mais características de natureza geral devem ser reveladas através da análise de um grande número de flash auroras. Contudo, pode haver dificuldades em analisar os grandes conjuntos de dados por observação visual convencional, visto que agora se descobriu que tais auroras especiais mostrando detalhes de desenvolvimentos espaciais de regiões de interação onda-partícula têm uma duração de apenas centenas de milissegundos.

p Apesar disso, a equipe de pesquisa resolveu esse problema usando inteligência artificial (IA). Com a tecnologia de IA, deve ser possível fazer mapas de risco do ambiente eletromagnético da magnetosfera, que contribuirá para a exploração do espaço seguro e protegido. Também é conhecido que as interações onda-coro-partícula ocorrem em outros planetas magnetizados. A missão científica Mio foi lançada em 2018 para estudar o campo magnético de Mercúrio. É equipado com uma cópia do sistema de medição de ondas eletromagnéticas desenvolvido pela equipe.