Estudantes de pós-graduação acreditam que fenômenos chamados “Stevie” e “Fences” estão disfarçados de auroras. Brilhando com luz verde, vermelha e roxa, as luzes do norte e do sul - as auroras - podem ser o fenômeno mais conhecido que ilumina o céu noturno, mas as mais misteriosas são as listras brancas e lilases conhecidas como "steves" e seus companheiros constantes, as "cercas" verdes brilhantes.
Steve – o nome benigno dado a uma sebe assustadora num filme infantil de 2006 – foi reconhecido pela primeira vez como distinto da aurora comum em 2018, embora ainda se acredite que Steve e as sebes associadas sejam causados pelo mesmo processo físico. Mas os cientistas têm estado a coçar a cabeça sobre como estes corpos luminosos são criados.
Claire Gasque, estudante de pós-graduação em física na Universidade da Califórnia, Berkeley, propôs agora uma explicação física para esses fenômenos que é completamente diferente do conhecido processo de produção auroral. Trabalhando com pesquisadores do Laboratório de Ciências Espaciais (SSL) da escola, ela sugeriu que a NASA lançasse um foguete até o Aurora Center para ver se sua ideia estava correta.
À medida que o Sol entra na fase ativa do seu ciclo de 11 anos, auroras vibrantes e fenómenos brilhantes como Stevie e a Cerca tornam-se mais comuns, e novembro é um bom mês para observar Stevie nas latitudes norte. Uma vez que todos estes fenómenos brilhantes transitórios são desencadeados por tempestades solares e ejeções de massa coronal solar, o próximo máximo solar é o momento ideal para estudar fenómenos raros como Steve e Fence.
Gaske descreveu a física por trás da cerca em um artigo publicado no mês passado na revista Geophysical Research Letters, e será palestrante convidado na reunião da União Geofísica Americana em São Francisco, em 14 de dezembro, para discutir os resultados. Ela calculou que em regiões da alta atmosfera mais ao sul do que onde as auroras se formam, os campos elétricos paralelos ao campo magnético da Terra poderiam produzir o espectro de sebes. Se os cálculos estiverem corretos, este processo incomum poderá ter implicações na forma como os físicos entendem o fluxo de energia entre a magnetosfera da Terra e a ionosfera na borda do espaço.
“Em alguns casos, isto irá alterar a nossa modelagem do que causa a energia da luz e das auroras”, disse Gaske. "O que é realmente interessante sobre o artigo de Claire é que sabíamos há vários anos que o espectro de Steve nos dizia que havia alguma física muito peculiar acontecendo. Nós simplesmente não sabíamos o que era", disse Brian Harding, coautor do artigo e físico assistente de pesquisa na SSL. “O artigo mostra que campos eléctricos paralelos podem explicar este estranho espectro.”
O artigo, um projecto paralelo da tese de doutoramento de Gaske, centra-se na ligação entre eventos como vulcões na superfície da Terra e fenómenos ionosféricos 100 quilómetros ou mais acima das nossas cabeças.
Mas depois de ouvir sobre Steve (agora abreviação de Strong Thermal Emission Velocity Enhancement) em uma conferência em 2022, ela pesquisou Steve e a física por trás da cerca. Este é um dos maiores mistérios da física espacial atualmente.
Steve e a Física das Cercas
Auroras comuns são produzidas quando o vento solar eletrifica partículas na magnetosfera da Terra. Estas partículas carregadas espiralam em torno das linhas do campo magnético da Terra em direção aos pólos, onde atingem e excitam moléculas de oxigênio e nitrogênio na alta atmosfera. Quando essas moléculas relaxam, o oxigênio emite frequências específicas de luz verde e vermelha, enquanto o nitrogênio produz um pouco de luz vermelha, mas principalmente luz azul.
As cortinas coloridas e brilhantes resultantes podem se estender por milhares de quilômetros nas latitudes norte e sul.
No entanto, Steve não mostra linhas de emissão individuais, mas uma ampla gama de frequências centradas em violeta ou lilás. Ao contrário das auroras, nem STEVE nem Hedgerow emitem luz azul, que é produzida por partículas de alta energia que atingem o nitrogênio e o ionizam. Stevies e sebes também ocorrem em latitudes mais baixas do que as auroras e podem até ocorrer ao sul do equador.
Alguns pesquisadores propuseram que o "STEV" é causado por um fluxo de íons na atmosfera superior conhecido como Deriva de Íons ParaTaurus, mas atualmente não há explicação física aceita de como a Deriva de Íons ParaTaurus produz a radiação colorida.
Foi sugerido que a radiação da cerca pode ser gerada por campos elétricos de baixa altitude paralelos ao campo magnético da Terra, mas este cenário é considerado improvável porque qualquer campo elétrico alinhado com o campo magnético entraria rapidamente em curto-circuito e desapareceria.
Gaske usou então modelos físicos comuns da ionosfera para mostrar que a uma altitude de cerca de 110 quilómetros, um modesto campo eléctrico paralelo - cerca de 100 milivolts por metro - poderia acelerar electrões para energias que excitam o oxigénio e o nitrogénio e produzem o espectro observado a partir da cerca. Condições anormais nesta área, como menor densidade de plasma carregado e átomos mais neutros de oxigênio e nitrogênio, podem atuar como isolantes para evitar curtos-circuitos no campo elétrico.
"Se você olhar o espectro da cerca, verá que é muito mais verde do que você pensa. Não há azul devido à ionização do nitrogênio", disse Gaske. "Isso diz-nos que apenas os electrões numa determinada gama de energia podem produzir estas cores, e não poderiam ter vindo do espaço ou entrado na atmosfera porque estas partículas são muito energéticas. Em vez disso, a luz na cerca é produzida por partículas que têm de ser excitadas por campos eléctricos paralelos no espaço, o que é completamente diferente do mecanismo de qualquer aurora que tenhamos estudado ou compreendido antes."
Ela e Hardin suspeitavam que o próprio Steve pudesse ter sido criado por um processo relacionado. Seus cálculos também previram o tipo de radiação ultravioleta que esse processo produziria, o que poderia ser examinado para testar novas hipóteses sobre a cerca.
Embora os cálculos de Gaske não abordem diretamente a questão do interruptor brilhando que faz o fenômeno parecer uma cerca, ela disse que é provavelmente devido a mudanças semelhantes a ondas no campo elétrico. Embora as partículas aceleradas pelo campo elétrico possam não vir do Sol, perturbações na atmosfera causadas por tempestades solares podem desencadear STEVE e Fence, tal como as auroras normais.
Auroras aprimoradas mostram brilho semelhante a uma cerca
O próximo passo, disse Harding, é lançar um foguete no Alasca através desses fenômenos e medir a força e a direção dos campos elétricos e magnéticos. Os cientistas da SSL projetaram e construíram este instrumento especificamente. Muitos desses instrumentos são montados em naves espaciais que orbitam a Terra e o Sol.
A meta inicial são as chamadas auroras melhoradas, que incorporam emissões semelhantes a cercas nas auroras comuns.
"As auroras melhoradas são basicamente camadas brilhantes incorporadas em auroras normais. Têm uma cor semelhante às cercas, com menos azul e mais verde do oxigénio e vermelho do azoto. A nossa hipótese é que estas auroras também são produzidas por campos eléctricos paralelos, mas são muito mais comuns do que as cercas," disse Gaske. "
O plano dos investigadores não é apenas “voar um foguete através dessa camada de aprimoramento e realmente medir estes campos elétricos paralelos pela primeira vez”, mas também lançar um segundo foguete para medir as partículas em altitudes mais elevadas “para distinguir as condições que causam as auroras”. Eventualmente, espero que o foguete atravesse Steve e a cerca.
Neste outono, Hardin, Gaske e colegas propuseram um programa de foguete de sondagem à NASA e esperam receber uma resposta sobre suas opções no primeiro semestre de 2024. Gaske e Harding acreditam que o experimento é um passo importante para a compreensão da química e da física da atmosfera superior, ionosfera e magnetosfera da Terra, e é uma proposta consistente com o programa de acesso de baixo custo ao espaço (LCAS) patrocinado pela NASA para tais projetos.
"É justo dizer que haverá muitas pesquisas futuras sobre como esses campos elétricos são gerados, a quais ondas eles estão associados ou não, e o que isso significa para uma maior transferência de energia entre a atmosfera da Terra e o espaço, que realmente não sabemos no momento, e o artigo de Clare é um primeiro passo em direção a essa compreensão", disse Harding.
Gaske agradece a contribuição de pessoas que estudam a mesosfera, ou mesosfera, e a estratosfera, cujas ideias a ajudaram a encontrar a solução.
Fonte compilada: ScitechDaily