Simulação computacional de emissões eletromagnéticas em plasmas espaciais - Fernando Jaques Ruiz Simôes Junior (2008)
Atualmente sabemos que feixes de elétrons desempenham um importante papel no mecanismo de emissões de rádio que são comumente observadas na região acima do arco de choque terrestre e explosões solares tipo II e III. Feixes de elétrons que são injetados de volta no vento solar, a partir do arco de choque terrestre, são uma possível fonte das ondas de plasma observadas pelos satélites nesta região. Pesquisas recentes sugerem que múltiplos feixes de elétrons podem ser injetados em um determinado período de tempo. Estes múltiplos feixes tendem a perder suas identidades individuais para formar um único feixe. No arco de choque terrestre, observações têm mostrado que partículas energéticas possuem algum grau de organização na fase de giro. Isto é, a distribuição de velocidades das partículas no plano perpendicular ao campo magnético ambiente depende do ângulo de giro das partículas. Na primeira parte deste trabalho, resolvemos numericamente a relação de dispersão não girotrópica utilizando parâmetros de plasma baseados em medidas observacionais que mostram o agrupamento de fase dos elétrons acima do arco de choque terrestre. A importância da não girotropia na função de distribuição não está completamente compreendida. Para antecipar o comportamento não girotrópico, resolvemos numericamente a relação de dispersão girotrópica paralela que mostra as possíveis regiões de acoplamento quando a não girotropia é introduzida. Encontramos que a não girotropia pode fazer o acoplamento dos modos mesmo quando o sistema é isotrópico. Para uma determinada não girotropia, a taxa de crescimento apresenta dependência na razão entre as freqüências de plasma e ciclotrônica, bem como na anisotropia da temperatura, conhecida como um importante fator na determinação das instabilidades. Na segunda parte deste trabalho utilizamos um código de partículas eletromagnético (KEMPO 1D modificado) para simular dois feixes de elétrons que são injetados no plasma em diferentes instantes de tempo. O primeiro feixe perturba o plasma ambiente introduzindo ondas de Langmuir através de interação feixe de plasma. Em seguida, o outro feixe é injetado no sistema e interage com o primeiro e com as ondas de Langmuir para produzir radiação eletromagnética. As condições iniciais para os feixes de elétrons e para o plasma ambiente são baseadas em observações do vento solar e região do antechoque terrestre. Em nosso modelo, consideramos que o primeiro e o segundo feixe de elétrons, em $ t=0$ , ocupam todo o sistema; isto é necessário para evitar efeitos numéricos nas grades de contorno e permitir a possibilidade de utilizarmos o modelo mais simples. Os resultados mostraram que o primeiro feixe pode produzir harmônicos da freqüência de plasma e o segundo feixe modifica a emissão dos harmônicos gerados pelo primeiro feixe. O segundo feixe de elétrons interage rapidamente com o intenso campo elétrico das ondas de Langmuir fazendo o acoplamento de fase com o primeiro feixe. Um aumento da energia das componentes eletromagnéticas e da energia cinética também é observado.