Enquanto a Terra orbita o sol, ele atravessa um fluxo de partículas em movimento rápido que podem interferir nos satélites e nos sistemas de posicionamento global. Agora, uma equipe de cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da Universidade de Princeton reproduziu um processo que ocorre no espaço para aprofundar a compreensão do que acontece quando a Terra encontra esse vento solar.

A equipe usou simulações de computador para modelar o movimento de um jato de plasma, o estado carregado da matéria composta de elétrons e núcleos atômicos que constituem todas as estrelas no céu, incluindo nosso sol. Muitos eventos cósmicos podem produzir jatos de plasma, de relativamente pequenos arrotos de estrelas a gigantescas explosões estelares conhecidas como supernovas. Quando jatos de plasma em movimento rápido passam pelo plasma mais lento que existe no vazio do espaço, ele cria o que é conhecido como uma onda de choque sem colisão.

Esses choques também ocorrem conforme a Terra se move através do vento solar e podem influenciar a forma como o vento gira em torno da magnetosfera terrestre, o escudo magnético protetor que se estende para o espaço. Compreender as ondas de choque de plasma pode ajudar os cientistas a prever o clima espacial que se desenvolve quando o vento solar entra na magnetosfera e permite aos pesquisadores proteger satélites que permitem que as pessoas se comuniquem por todo o globo.

As simulações revelaram vários sinais indicadores de quando um choque está se formando, incluindo as características do choque, os três estágios da formação do choque, e fenômenos que podem ser confundidos com um choque. "Por ser capaz de distinguir um choque de outros fenômenos, os cientistas podem se sentir confiantes de que o que estão vendo em um experimento é o que desejam estudar no espaço, "disse Derek Schaeffer, um pesquisador associado do Departamento de Astrofísica da Universidade de Princeton que liderou a equipe de pesquisa do PPPL. As descobertas foram relatadas em um artigo publicado em Física dos Plasmas que seguiu em pesquisas anteriores relatadas aqui e aqui.

Os choques de plasma que ocorrem no espaço, como aqueles criados pela Terra viajando contra o vento solar, assemelham-se às ondas de choque criadas na atmosfera da Terra por aviões a jato supersônicos. Em ambas as ocorrências, material em movimento rápido encontra material lento ou estacionário e deve mudar rapidamente sua velocidade, criando uma área de redemoinhos e redemoinhos e turbulência.

Mas no espaço, as interações entre as partículas de plasma rápidas e lentas ocorrem sem que as partículas se toquem. "Outra coisa deve estar conduzindo esta formação de choque, como as partículas de plasma se atraindo ou repelindo eletricamente, "Schaeffer disse." Em qualquer caso, o mecanismo não é totalmente compreendido. "

Para aumentar sua compreensão, físicos conduzem experimentos de plasma em laboratórios para monitorar as condições de perto e medi-las com precisão. Em contraste, medições feitas por espaçonaves não podem ser facilmente repetidas e amostram apenas uma pequena região de plasma. As simulações de computador então ajudam os físicos a interpretar seus dados de laboratório.

Hoje, a maioria dos choques de plasma de laboratório é formada usando um mecanismo conhecido como pistão de plasma. Para criar o pistão, cientistas apontam um laser em um pequeno alvo. O laser faz com que pequenas quantidades da superfície do alvo aqueçam, se tornar um plasma, e se mover para fora através de um ambiente, plasma mais lento.

Schaeffer e colegas produziram sua simulação modelando esse processo. "Pense em uma pedra no meio de um riacho que se move rapidamente, "Schaeffer disse." A água virá direto para a frente da pedra, mas não exatamente alcançá-lo. A área de transição entre o movimento rápido e o movimento zero [em pé] é o choque. "

Os resultados simulados ajudarão os físicos a distinguir uma onda de choque de plasma astrofísico de outras condições que surgem em experimentos de laboratório. "Durante os experimentos de plasma a laser, você pode observar muito aquecimento e compressão e pensar que são sinais de um choque, "Schaeffer disse." Mas não sabemos o suficiente sobre os estágios iniciais de um choque para saber apenas pela teoria. Para esses tipos de experimentos de laser, temos que descobrir como saber a diferença entre um choque e apenas a expansão do plasma movido a laser. "

No futuro, os pesquisadores pretendem tornar as simulações mais realistas adicionando mais detalhes e tornando a densidade do plasma e a temperatura menos uniformes. Eles também gostariam de realizar experimentos para determinar se os fenômenos previstos pelas simulações podem de fato ocorrer em um aparato físico. "Gostaríamos de testar as ideias sobre as quais falamos no jornal, "diz Schaeffer.