Plasmas espaciais e astrofísicos Física de Plasmas 01/2004

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1 Plasmas espaciais e astrofísicos Física de Plasmas 01/2004
Aplicações de plasmas 2 Plasmas espaciais e astrofísicos Física de Plasmas 01/2004

2 Estrelas são feitas de plasma

3 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

4 Estrutura do Sol Núcleo (muito denso = 10 x chumbo!)
Envoltória radiativa Envoltória convectiva Fotosfera (Hélio foi descoberto aqui!) Cromosfera Corona

5 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

6 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

7 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

8 Corona é altamente turbulenta
imagem com luz visível imagem com raios-X

9 “Solar flares” jatos de plasma coronal emitidos acima das manchas solares em regiões de campo magnético complexo podem durar horas tamanho da Terra

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11 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 K B = 10-9 T

12 Magnetosfera o vento solar comprime o campo magnético terrestre criando uma “bolha” chamada magnetosfera compressão super-sônica (onda de choque) magnetopausa é a fronteira

13 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 1958 pelo satélite Explorer I

14 Cinturão de Van Allen Cinturão interno: raios cósmicos
Cinturão externo: partículas do vento solar

15 Ionosfera Terrestre Ionosfera: região atmosférica acima de 60 km de altura

16 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)

17 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

18 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

19 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

20 Aurora boreal auroras aparecem mais à noite e durante tempestades
maior parte das auroras não é visível auroras aparecem mais à noite e durante tempestades magnéticas Fairbanks (Alaska): aurora em uma a cada três noites durante o inverno polar

21 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

22 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

23 Supernova Explosão de uma estrela
causa a formação de uma onda de choque que transporta plasma interestelar pelo Universo

24 Nebulosa da Hélice magnetosferas estelares causadas por “ventos solares” (fluxo de plasma interestelar) vindo da parte sudoeste da fotografia

25 Nebulosa do Cisne interação de múltiplas ondas de choque de plasma interestelar com plasma estruturado da própria nebulosa

26 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

27 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

28 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