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Vlasiator revela: soluções para um mistério central na física espacial
Pela Universidade de Helsinque 22 de agosto de 2023
Erupções de plasma no espaço próximo à Terra. O modelo Vlasiator da Universidade de Helsínquia demonstrou que tanto a reconexão magnética como as instabilidades cinéticas são responsáveis pelas erupções de plasma no espaço próximo da Terra, fornecendo informações vitais para a investigação e tecnologia espacial. Crédito: Jani Närhi
Vlasiator, a supercomputer model for simulating near-Earth space, has revealed that plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> erupções de plasma no espaço próximo à Terra são influenciadas tanto pela reconexão magnética quanto pelas instabilidades cinéticas. Embora as teorias tenham debatido a causa há muito tempo, a modelagem 6D de Vlasiator mostrou que ambas as teorias coexistem e funcionam simultaneamente. Essa percepção é crucial para o projeto de espaçonaves, pesquisas futuras e aprimoramento das previsões do clima espacial.
Como são formadas as erupções de plasma no espaço próximo à Terra? Vlasiator, um modelo concebido na Universidade de Helsínquia para simular o espaço próximo da Terra, demonstrou que as duas teorias centrais sobre a ocorrência de erupções são simultaneamente válidas: as erupções são explicadas tanto pela reconexão magnética como pelas instabilidades cinéticas.
Plasmóides, ou erupções plasmáticas rápidas, ocorrem no lado noturno da magnetosfera. Os plasmóides também estão associados ao súbito brilho da aurora. Usando o modelo Vlasiator, o grupo de pesquisa em física espacial da Universidade de Helsinque investiga e simula essas erupções difíceis de prever no espaço próximo à Terra.
“Os fenômenos associados aos plasmóides causam os distúrbios magnéticos mais intensos, mas menos previsíveis, que podem causar, por exemplo, distúrbios nas redes elétricas”, diz a professora de Física Espacial Computacional Minna Palmroth, da Universidade de Helsinque.
“Essas erupções ocorrem diariamente, em tamanhos variados, na ‘cauda’ da magnetosfera.”
Palmroth, que recentemente recebeu a Medalha Copernicus, é também diretor do Centro de Excelência em Pesquisa do Espaço Sustentável e investigador principal da simulação do Vlasiator.
“A cadeia de eventos que leva aos plasmóides é uma das questões não resolvidas mais antigas da física espacial: soluções têm sido procuradas para ela desde a década de 1960”, diz Palmroth.
Duas linhas de pensamento concorrentes foram propostas para explicar o curso dos acontecimentos, a primeira afirmando que a reconexão magnética separa uma parte da cauda magnética em um plasmóide. De acordo com a outra explicação, as instabilidades cinéticas perturbam a camada de corrente (uma distribuição ampla e fina de corrente elétrica) que mantém a cauda, o que eventualmente resulta na ejeção de um plasmóide. Argumentos sobre a primazia desses dois fenômenos persistem há décadas.
“Parece agora que as causalidades são de facto mais complexas do que se entendia anteriormente”, diz Palmroth.
A simulação do Vlasiator, que requer o poder de processamento de um supercomputador, modelou pela primeira vez o espaço próximo à Terra em seis dimensões e em uma escala correspondente ao tamanho da magnetosfera. A modelagem 6D foi bem-sucedida na descrição dos fenômenos físicos subjacentes a ambos os paradigmas.
“Foi um desafio técnico difícil que ninguém mais conseguiu modelar”, diz Palmroth. Por trás da conquista estão mais de 10 anos de desenvolvimento de software. Consequentemente, o estudo foi capaz de demonstrar que tanto a reconexão magnética quanto as instabilidades cinéticas explicam o funcionamento da cauda magnética. Os fenómenos associados a estas teorias aparentemente contraditórias ocorrem, na verdade, e simultaneamente.
A descoberta ajuda a entender como as erupções plasmáticas podem ocorrer. Isto ajuda na concepção de naves espaciais e equipamentos, na observação destes eventos para futuras pesquisas e na melhoria da previsibilidade do clima espacial, melhorando a compreensão do espaço próximo da Terra.
The findings were recently published in the distinguished journal, Nature Geoscience<span class="st"> Nature Geoscience is a monthly peer-reviewed scientific journal published by the Nature Publishing Group that covers all aspects of the Earth sciences, including theoretical research, modeling, and fieldwork. Other related work is also published in fields that include atmospheric sciences, geology, geophysics, climatology, oceanography, paleontology, and space science. </span><span class="st">It was established in January 2008.</span>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Nature Geoscience./p>