Simulação da turbulência no plasma de vento solar
Talvez esteja a ler este artigo enquanto toma um café. À medida que agita a sua bebida com uma colher, são produzidos vórtices no líquido que se desintegram em redemoinhos menores, até desaparecerem inteiramente. Isto pode ser descrito como uma cascata de vórtices de grandes a pequenas escalas. Além disso, o movimento da colher faz com que o líquido quente entre contato com o ar mais frio e, portanto, o calor do café pode escapar mais eficientemente para a atmosfera, arrefecendo-o.
Um efeito semelhante ocorre no espaço, nas partículas atómicas carregadas eletricamente - plasma de vento solar - expelidas pelo nosso Sol, mas com uma diferença-chave: no espaço não há ar. Embora a energia injetada no vento solar pelo Sol seja transferida para escamas menores em cascatas turbulentas, assim como no seu café, a temperatura no plasma é vista a aumentar porque não há ar frio para detê-la.
A maneira exata como o plasma de vento solar é aquecido é um tema quente na física espacial, porque é mais quente do que o esperado para um gás em expansão e quase nenhuma colisão está presente. Os cientistas sugeriram que a causa pode estar escondida no caráter turbulento do plasma de vento solar.
As simulações avançadas de supercomputadores ajudam a entender esses movimentos complexos: a imagem aqui mostrada é de uma simulação desse tipo. Representa a distribuição da densidade de corrente no plasma de vento solar turbulento, onde filamentos localizados e vórtices apareceram como consequência da cascata de energia turbulenta. As cores azul e amarela mostram as correntes mais intensas (azul para negativo e amarelo para valores positivos).
Estas estruturas coerentes não são estáticas, mas evoluem no tempo e interagem umas com as outras. Além disso, entre as ilhas, a corrente torna-se muito intensa, criando altas regiões de stress magnético e, às vezes, um fenómeno conhecido como reconexão magnética. Ou seja, quando as linhas de campo magnético de direção oposta se aproximam, podem repentinamente se adaptar a novas configurações, libertando grandes quantidades de energia que podem causar aquecimento localizado.
Tais eventos são observados no espaço, por exemplo, pelo quarteto de satélites Cluster da ESA na órbita terrestre, no vento solar. Cluster também encontrou evidências de redemoinhos turbulentos de até algumas dezenas de quilómetros, enquanto o vento solar interage com o campo magnético da Terra.
Esta cascata de energia pode contribuir para o aquecimento global do vento solar, um tópico que a futura missão Solar Orbiter da ESA também tentará abordar.
Entretanto, desfrute estudando cascatas turbulentas de vórtices no seu café!
Mais informações: Perrone et al. (2013); Servidio et al. (2015); Valentini et al. (2016) e Perrone et al (2017).