aplicações de plasmas 2 plasmas espaciais e astrofísicos física de plasmas 01/2004
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Aplicações de plasmas 2
Plasmas espaciais e astrofísicos
Física de Plasmas
01/2004
Estrelas são feitas de plasma
Nossa estrela: o Sol
• Massa = 1,99 x 1030 kg• Raio = 6,96 x 108 m• Distância média à Terra
= 1,49 x 1011 m
Estrutura do Sol
• Núcleo (muito denso = 10 x chumbo!)
• Envoltória radiativa• Envoltória convectiva• Fotosfera (Hélio foi
descoberto aqui!)• Cromosfera• Corona
Atmosfera do Sol: parte visível
• Fotosfera: disco visível T = 6000 K (poucos kms)
• Cromosfera: envolve a fotosfera T = 106 K (+ 100 km)
• Corona: T > 107 K (milhões de km) – visível nos eclipses
Energia do sol vem de reações de fusão nuclear no seu núcleo
• H + H He + n• energia = 3,27 MeV• raios gama e neutrinos• temperatura T = 107 K
no interior do sol• densidade n = 1020 m-3
• confinamento pelo campo gravitacional
Campo magnético solar• Sol tem um campo
magnético: 10-4 T• Manchas solares
(regiões mais frias na fotosfera): 0,1 T
• Ciclo de 11 anos
Corona é altamente turbulenta
imagem com luz visível imagem com raios-X
“Solar flares”
• jatos de plasma coronal emitidos acima das manchas solares em regiões de campo magnético complexo
• podem durar horas• tamanho da Terra
Vento Solar
• plasma de prótons e elétrons emitido pela corona no espaço interplanetário
• carregam as linhas de campo magnético
n = 5 x 106 m-3
T = 104 KB = 10-9 T
Magnetosfera
• o vento solar comprime o campo magnético terrestre criando uma “bolha” chamada magnetosfera
• compressão super-sônica (onda de choque)
• magnetopausa é a fronteira
Cinturão de radiação de Van Allen
• região dentro da magnetosfera onde partículas carregadas são confinadas pelo efeito espelho magnético do campo
r = m v/ q B B maior r menor
- descoberto em 1958pelo satélite Explorer I
Cinturão de Van Allen
• Cinturão interno: raios cósmicos• Cinturão externo: partículas do vento solar
Ionosfera Terrestre
• Ionosfera: região atmosférica acima de 60 km de altura
Plasma da Ionosfera Terrestre
• Partículas do ar mais ionizadas durante o dia devido ao UV e raios-X solares
• densidade é função da altura (devido à absor-ção da radiação)
Ionosfera
• ondas eletromagnéti-cas são refletidas pelo plasma ionosférico
• a camada ionosférica sobe durante a noite
• facilita a propagação de ondas de rádio pela atmosfera
Aurora
• ocorre nas regiões ionosféricas polares
• luz produzida por moléculas do ar excitadas por partícu-las de alta energia de origem cósmica e do vento solar aprisiona-das pelo campo magnético terrestre
Mecanismo da Aurora
• partículas aprisionadas pelo campo magnético terrestre são refletidas pelo efeito espelho perto das regiões polares
• é por isso que a aurora só ocorre perto dos pólos magnéticos
Aurora boreal
• maior parte das auroras não é visível• auroras aparecem mais à noite e durante tempestadesmagnéticas• Fairbanks (Alaska): aurora em uma a cada três noites durante o inverno polar
Plasma interestelar
• plasma de baixa densidade n = 104 a 108 m-3
• baixa temperatura T = 102 a 104 K
• campo magnético baixo B = 10-9 T
Nebulosa da Águia
• todas as regiões visí-veis e a maioria das regiões de baixa densidade são domi-nadas por plasmas
• colunas escuras domi-nadas por gás frio e neutro
• berçário de estrelas
Supernova
• Explosão de uma estrela
• causa a formação de uma onda de choque que transporta plasma interestelar pelo Universo
Nebulosa da Hélice
• magnetosferas estelares causadas por “ventos solares” (fluxo de plasma interestelar) vindo da parte sudoeste da fotografia
Nebulosa do Cisne
• interação de múltiplas ondas de choque de plasma interestelar com plasma estruturado da própria nebulosa
Evolução estelar
• Estrelas irradiam energia obtida por fusão de H He
• Com o tempo a estrela consome seu estoque de H e esfria
• O raio da estrela vai esfriando pelo aumento da atração gravitacional
Anãs brancas
• A contração da estrela pára quando a pressão gravitacional é equilibrada pela degenerescência (Princípio de Pauli)
• A estrela vira uma anã branca se sua massa for menor que 1,4 x massa do Sol
Outros fenômenos de plasma interestelar
• fluxos de raios-X provenientes de estrelas de nêutrons = provenientes de colapso gravitacional de estrelas velhas
• pulsares = estrelas radiantes pulsantes = estrelas de nêutrons com alta rotação emitindo radiação de síncrotron
• fenômenos de plasma nas imediações de buracos negros