‘Macro’ e ‘micro’ turbulências vistas pela Cluster

Micro turbulence seen by Cluster
10 Agosto 2005

Graças às medições feitas pela missão Cluster da ESA, uma equipa de cientistas europeus identificou ‘micro’-vórtices na magnetosfera da Terra.

Esta turbulência de vórtices de pequena escala, cuja existência foi prevista através de modelos matemáticos, não tinha sido observada até agora no espaço. Os resultados são relevantes não só para a física espacial, como também para outras aplicações, como a investigação sobre a fusão nuclear.

No dia 9 de Março de 2002, os quatro satélites da Cluster, voando em formação a 100 quilómetros de distância uns dos outros, estavam a atravessar o ‘ponto magnético de reversão’ do Norte quando fizeram a descoberta. Os pontos de reversão são as regiões sobre os pólos onde as linhas do campo magnético que circundam a Terra formam um funil magnético.

Os pontos de reversão são as duas importantes regiões na magnetosfera da Terra onde o ‘vento solar’ - um fluxo constante de partículas carregadas, geradas pelo Sol, que atravessa todo o Sistema Solar - pode aceder directamente à camada superior da atmosfera da Terra (ionosfera).

Grandes quantidades de plasma (um gás de partículas carregadas) e de energia são transportadas através destas regiões, e de outras igualmente ‘acessíveis’, para penetrar a magnetosfera - o escudo de protecção natural da Terra. Menos de um por cento de toda a energia transportada pelo vento solar e que atinge a magnetosfera consegue, de facto, penetrá-la; ela pode, no entanto, ter um impacto significativo nos sistemas terrestres, tais como as redes de telecomunicações e as linhas eléctricas.

O material solar que penetra a magnetosfera gera turbulência no plasma que envolve a Terra, semelhante ao dos fluidos, mas com forças mais complexas envolvidas. Esta turbulência é gerada, por exemplo, nas áreas de transição entre as camadas de plasma de diferente densidade e temperatura, mas os seus mecanismos de formação ainda não são totalmente compreendidos.

A turbulência existe em escalas diferentes, de milhares a apenas alguns quilómetros de largura. Em 2004, ao fazerem medições ‘multi-pontos’ in loco, os quatro satélites da Cluster reportaram a existência de vórtices de turbulência de grande escala com até 40 000 quilómetros de largura no flanco da ‘magnetopausa’ (uma fronteira que separa a magnetosfera do espaço livre). A nova descoberta da ‘micro’ turbulência, com vórtices de apenas 100 quilómetros de largura, é a primeira no estudo do plasma que rodeia a Terra.

Esta descoberta permite que os cientistas comecem a ligar a turbulência de pequena e grande escala, e a questionar o modo como é formada e quais as ligações. Por exemplo, quais são os mecanismos que originam e modelam a turbulência? Qual o contributo dos vórtices para o transporte de massa e energia através das camadas da fronteira? Os vórtices pequenos são necessários para gerar vórtices grandes? Ou os vórtices grandes dissipam a sua energia e criam uma cascata de vórtices mais pequenos?

Ao tentar responder a estas questões, a Cluster está a revolucionar o nosso entendimento das formas e mecanismos através dos quais a actividade solar afecta a Terra. A Cluster é uma ferramenta de diagnóstico sem precedentes destinada à criação do primeiro mapa tridimensional do meio espacial próximo da Terra, e é única com as suas observações simultâneas através de várias naves espaciais.

O estudo da Cluster sobre a turbulência no plasma da Terra também está a contribuir para o avanço de teorias fundamentais sobre o plasma. Isto é importante não só para a astrofísica, mas também para o manuseamento do plasma em laboratórios na Terra, dadas as altas energias envolvidas. Isto é particularmente relevante para a investigação sobre fusão nuclear.

Nota aos editores

Estes dados foram publicados na edição de 11 de Agosto da revista científica Nature. Os autores dos resultados são: D. Sundkvist (CNRS, Orleães, França/Instituto Sueco de Física Espacial, Uppsala, Suécia); V. Krasnoselskikh (CNRS, Orleães, França); P.K. Shukla (Institut fur Theoretische Physik IV, Bochum, Alemanha); A. Vaivads, M. Andre, S. Buchert (Instituto Sueco de Física Espacial, Uppsala, Suécia); H. Reme (CESR, Toulouse, França).

A descoberta dos referidos vórtices gigantes foi publicada na edição de 12 de Agosto de 2004 da Nature, num artigo de H. Hasegawa, et al.

Para mais informações:

David Sundkvist,
Autor dos resultados, Instituto Sueco de Física Espacial (IRF)3333 , Uppsala, Suécia
E-mail: david.sundkvist@irfu.se

Philippe Escoubet,
ESA, Cientista do Projecto Cluster
E-mail: philippe.escoubet @ esa.int

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