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O geofísico da Universidade de Tohoku, Yuto Katoh, liderou um estudo sobre a atividade de elétrons de alta energia e esclareceu o papel inesperado do campo geomagnético ao redor da Terra na proteção.
Compreender a ionosfera alta na atmosfera da Terra é importante devido aos seus efeitos nos sistemas de comunicação, satélites e características químicas cruciais, incluindo a camada de ozônio. Novos insights sobre a atividade de elétrons de alta energia vieram de um estudo de simulação liderado pelo geofísico Yuto Katoh na Universidade de Tohoku, relatado na revista Terra, Planetas e Espaço.
“Nossos resultados esclarecem o papel inesperado do campo geomagnético ao redor da Terra na proteção da atmosfera de elétrons de alta energia”, diz Katoh.
A ionosfera é uma ampla região entre aproximadamente 60 e mais de 600 quilômetros acima da superfície da Terra. Ele contém partículas eletricamente carregadas que são uma mistura de íons e elétrons livres gerados pela interação da atmosfera com a radiação do sol.
As regiões polares da ionosfera estão sujeitas a um fluxo particularmente constante e energético de entrada de elétrons em um processo chamado precipitação de elétrons. Esses elétrons ‘relativísticos’ se movem próximo à velocidade da luz, onde os efeitos da teoria da relatividade de Einstein se tornam cada vez mais significativos. Eles colidem com moléculas de gás e contribuem para muitos fenômenos na ionosfera, incluindo exibições coloridas de auroras. Os processos são fortemente influenciados pelos efeitos do campo geomagnético sobre as partículas carregadas envolvidas.
A equipe de Tohoku, com colegas na Alemanha e outras instituições no Japão, desenvolveu um sofisticado código de software que concentrou atenção especial na simulação dos efeitos de uma ‘força de espelho’ relativamente não estudada na precipitação de elétrons. Isso é causado pela força magnética que atua sobre partículas carregadas sob a influência do campo geomagnético.
As simulações demonstraram como a força do espelho faz com que os elétrons relativísticos retornem para cima, em uma extensão dependente dos ângulos em que os elétrons chegam. Os efeitos previstos significam que os elétrons colidem com outras partículas carregadas mais altas na ionosfera do que se suspeitava anteriormente.
Ilustrando um exemplo da importância desse trabalho, Katoh comenta: “Os elétrons precipitados que conseguem passar pela força do espelho podem atingir a atmosfera média e baixa, contribuindo para reações químicas relacionadas às variações nos níveis de ozônio”. A diminuição dos níveis de ozônio nos pólos causada pela poluição atmosférica reduz a proteção que o ozônio oferece aos organismos vivos contra a radiação ultravioleta.
Katoh enfatiza que o principal avanço teórico da pesquisa está em revelar o significado surpreendente do campo geomagnético e da força do espelho na proteção da atmosfera inferior dos efeitos das atividades de precipitação de elétrons, mantendo-os mais distantes.
“Iniciamos agora um projeto para combinar os estudos de simulação usados neste trabalho com observações reais da ionosfera polar para construir uma compreensão ainda mais profunda desses processos geofísicos cruciais”, diz Katoh.
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