Magnetosfera
Acho que a Terra tem uma personalidade magnética. É lindo e quente. Eu até ouvi que essa personalidade é tão magnética que as pessoas que vêem a Terra de longe – astronautas – começam a amar e nutrir a Terra ainda mais ao ver como ela é linda e frágil. Mas chega de sacarina. A Terra realmente tem algumas propriedades magnéticas no sentido astronômico. Tem até cauda magnética!
Esta lição é sobre a parte mais externa da atmosfera da Terra ou de qualquer outro planeta, a magnetosfera .
Os cintos Van Allen
A magnetosfera é preenchida com apenas uma pequena porção de plasma, mas é dominada pelo campo magnético da Terra. O plasma é um gás ionizado composto de íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente. Alguns desses gases ionizados vêm da alta atmosfera da Terra e outros de partículas do vento solar. O vento solar é um fluxo de plasma emitido pelo sol.
A magnetosfera adora capturar partículas com carga energética em regiões chamadas cinturões de Van Allen. Eles são duas áreas em forma de rosca centradas no equador onde, como um ímã aprisiona metal, o campo magnético da Terra aprisiona partículas carregadas. O cinturão de Van Allen externo, situado a cerca de 15.000 quilômetros acima da superfície da Terra, contém elétrons. O cinturão interno, situado a aproximadamente 2.500 quilômetros acima da superfície da Terra, contém prótons.
Embora o diagrama na tela pareça que essas correias estão separadas, na realidade, elas gradualmente se fundem. Isso significa que os prótons energéticos do cinturão interno diminuem em número à medida que se fundem com o cinturão externo.
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Magnetopausa, magnetotail e choque de arco
Agora, embora a magnetosfera tenha algum plasma, há outro tipo de plasma que mencionei antes, o do vento solar, que interage com a magnetosfera. Você vê, o vento solar corre do sol e em direção ao nosso planeta como uma corrente de água pode correr em direção a um objeto, como uma árvore durante uma inundação. Conforme essa água corre em direção à árvore, você pode dizer claramente como esse tipo de efeito de curvatura ocorre na frente dela.
Bem, à medida que o vento solar se aproxima da magnetosfera, ele começa a desacelerar, como a água desacelera no espaço em frente à árvore. A área do espaço onde o vento solar diminui à medida que se aproxima da magnetosfera da Terra é chamada de choque de proa .
Interno ao choque do arco está a magnetopausa , o limite externo da magnetosfera. É uma fronteira de aproximadamente 100 a 200 quilômetros de espessura entre a magnetosfera e o vento solar.
O vento solar fluirá ao redor da magnetosfera da Terra no lado voltado para o Sol, o lado de onde o vento solar está vindo. Esse fluxo vai realmente comprimir a magnetosfera do lado do sol.
No entanto, no lado noturno da Terra, uma cauda magnética se formará. Isso é parte da magnetosfera localizada atrás de um planeta que é esticado pelo vento solar. Parece aquele rabo que se estende atrás da árvore, oposto ao lado de onde a água está batendo nela.
Sabendo de tudo isso, outra maneira de pensar na magnetosfera é como uma cavidade em forma de lágrima ou vazio no vento solar, pois as partículas do vento solar são inconvenientemente forçadas a fluir ao redor da Terra.
A aurora
A energia carregada por este vento solar é transferida para as partículas carregadas que constituem a própria magnetosfera. Como redemoinhos e correntes se formam logo atrás de uma árvore à medida que a água passa por ela, é principalmente na cauda magnética, onde o vento solar cria correntes de elétrons, que ocorre essa transferência de energia. Essas correntes de elétrons de alta energia chegam à atmosfera superior da Terra perto dos pólos magnéticos da Terra.
A cerca de 100 quilômetros (60 milhas) acima da superfície da Terra, esses elétrons colidem com átomos e moléculas em nossa atmosfera, como hidrogênio, hélio, oxigênio e nitrogênio. Essas colisões resultam na emissão de cores diferentes, como vermelho ou verde quando o oxigênio é excitado, vermelho e violeta quando o nitrogênio é excitado e azul e roxo quando o hidrogênio e o hélio são excitados. Chamamos esse brilho de aurora borealis , ‘luzes do norte’, ou aurora australis , ‘luzes do sul’.
Talvez você esteja se perguntando como um átomo ou molécula pode produzir luz. Bem, digamos que um rebatedor atinja uma bola de beisebol para um home run. O que a multidão faz? Eles pularam, ainda mais alto, de seus assentos de empolgação. Quando uma partícula de alta energia atinge um átomo ou molécula, sua energia é transferida para o átomo em nosso exemplo, e os elétrons do átomo saltam para um nível de energia mais alto porque estão muito animados!
Eventualmente, quando os fãs liberam toda a sua energia da excitação, eles se sentam novamente. Como um fã excitado, um átomo excitado não pode ficar excitado para sempre e libera seu excesso de energia. Isso acontece quando os elétrons voltam ao seu nível de energia inferior. Quando eles fazem isso, seu excesso de energia é liberado como radiação, radiação eletromagnética que vemos como uma cor particular ou feixe ou comprimento de onda de luz visível. Como cada gás tem uma coleção particular de níveis de energia, cada gás emitirá uma cor particular, assim como cada fã gritando e excitado tem um som diferente em sua voz.
Resumo da lição
Você pode sentar agora com a emoção desta lição. Vamos tentar manter a calma enquanto revisamos tudo.
A parte mais externa da atmosfera da Terra ou de qualquer outro planeta é a magnetosfera . A magnetosfera é dominada pelo campo magnético da Terra, mas também contém uma quantidade muito pequena de plasma. O plasma é um gás ionizado, feito de íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente. A magnetosfera mantém suas partículas energéticas em seus cinturões de Van Allen. O cinturão interno prende prótons e o externo prende elétrons.
O plasma do vento solar também interage com a magnetosfera. A área do espaço onde o vento solar diminui à medida que se aproxima da magnetosfera da Terra é chamada de choque de proa . Interno ao choque do arco está a magnetopausa , o limite externo da magnetosfera.
No lado noturno da Terra, uma cauda magnética se formará. Isso é parte da magnetosfera localizada atrás de um planeta que é esticado pelo vento solar. É no rabo magnético onde as correntes de elétrons energéticos são impulsionadas na magnetosfera pelo vento solar. Esses elétrons, então, interagem com átomos na atmosfera da Terra perto dos pólos magnéticos para produzir a aurora boreal , ‘luzes do norte’, ou a aurora australis , ‘luzes do sul’.
Resultados de Aprendizagem
Conclua esta lição sobre a magnetosfera e:
- Identifique a localização da magnetosfera
- Identifique os cintos Van Allen
- Nomeie os componentes da magnetosfera
- Discuta o processo que resulta nas auroras norte e sul