Efeitos do vento solar na magnetosfera terrestre: uma abordagem didática dos cinturões de Van Allen

Abstract

Resumo Neste trabalho realizamos uma abordagem didática de aspectos relacionados ao geomagnetismo e como esses aspectos podem ser influenciados pela ação do vento solar. A carência de textos didáticos que promovam explicações em termos de conceitos de física básica foi a principal motivação para esse trabalho. Iniciamos com uma discussão histórica sobre o estudo do magnetismo que culminou na conhecida teoria do dínamo para explicar a origem do campo magnético terrestre, na qual mostramos a possiblidade de abordar este assunto em cursos de eletricidade e magnetismo. Apresentamos também dois cenários para a magnetosfera terrestre, com o intuito de modelar a interação do vento solar com a magnetosfera, em que representamos tal interação por meio da superposição dos campos de dois dipolos magnéticos. A seguir mostramos a possiblidade de discutir o movimento das cargas provenientes do vento solar ao redor da Terra, na região da magnetosfera, utilizando a segunda lei de Newton e a força de Lorentz, discutindo assim a formação de anéis de cargas em movimento e dos cinturões de Van Allen. Finalmente apresentamos um simples argumento, baseado no modelo apresentado, para a deformação da magnetosfera, para explicar a limitação na quantidade de anéis e cinturões que envolvem o nosso planeta.

La influencia del Sol en la Tierra y otros planetas:Clima espacial

“…Los cinturones de Van Allen se encuentran en la magnetosfera terrestre donde se concentran partículas cargadas de alta energía (decenas de KeV y mayores), generadas por el viento solar y capturadas por el campo magnético terrestre. El control de estas partículas cargadas se extiende hasta 10 R T (R T radios terrestres) en dirección al Sol [44,52,53].…”

Uma análise das regiões de confinamento caóticas descritas por uma partícula carregada submetida ao campo magnético de um dipolo

“…(10) Na equação (10), o leitor não deve confundir 0 com ijk . Este ultimo é um tensor covariante de terceira ordem [16] (muitas vezes denominado tensor de permutação).…”

“…Nessa seção será utilizada a segunda lei de Newnton para obtenção das equações de movimento em coordenadas cartesianas e a formulação hamiltoniana para o estudo das equações em coordenadas cilíndricas. Algumas das trajetórias obtidas nessa seção já foram constatadas por outras abordagens [9][10][11].…”

Interação de uma partícula quântica eletricamente carregada com um campo magnético clássico

“…A interação entre campos magnéticos e partículas carregadas são a base de projetos de pesquisas com orçamentos gigantescos em todo o mundo, como Sirius, Large Hadron Collider (LHC), Max IV, Paul Scherrer Institut (PSI) e European Spallation Source (ESS), e possui diversas aplicações em pesquisas sofisticadas, como espectroscopia [16], física do plasma [17], física do estado sólido [18], além de que existem vários fenômenos interessantes que ocorrem na atmosfera da Terra, decorrentes dessa interação, que valem apena ser explorados por aqueles que se interessam por confinamento de partículas de altas energias [19][20][21].…”