NASA vai
procurar portais magnéticos em torno da Terra
As
sondas espaciais da Missão Magnetosférica Multiescala (MMS) vão procurar os portais magnéticos que se
espalham em torno da Terra.
Portais
magnéticos “são regiões de difusão de elétrons”, explica o físico Jack Scudder,
pesquisador da Unversidade de Iowa. "São lugares onde o campo magnético da
Terra se conecta ao campo magnético do Sol, criando um caminho ininterrupto que
conecta nosso próprio planeta à atmosfera do Sol, a 149 milhões de quilômetros
de distância”, explica ele.
As
observações das sondas espaciais Themis, da NASA, e Cluster, da ESA, sugerem que estes portais magnéticos abrem
e fecham dezenas de vezes por dia.Estão
localizados a algumas dezenas de milhares de quilômetros da Terra, onde o campo
geomagnético encontra o vento solar. A
maioria dos portais magnéticos é pequena e de curta duração, mas alguns são
enormes e sustentados. Toneladas
de partículas energéticas podem fluir através das aberturas, aquecendo a
atmosfera superior da Terra, causando tempestades geomagnéticas e belíssimas
auroras polares.
A
Missão constará de quatro sondas voando em formação, dotadas de detectores de
partículas energéticas e sensores magnéticos, para tentar rastrear os portais
magnéticos e tentar estudá-los.
Apesar
de invisíveis e instáveis, os portais magnéticos possuem uma espécie de
"poste de sinalização"; segundo o pesquisador, um conjunto de
indicadores que aponta seu endereço com precisão.
Os
portais se formam através de um processo chamado reconexão magnética, mesclando linhas de força magnéticas do Sol e da Terra, que se
cruzam e se juntam para criar as aberturas.
"A
súbita junção de campos magnéticos pode impulsionar jatos de partículas
carregadas, criando uma região de difusão eletrônica", explica o pesquisador. Usando
dados da sonda espacial Polar, que estudou a magnetosfera terrestre nos anos
1990, Scudder conseguiu identificar diversos pontos que nunca haviam sido
"vistos", aparentemente porque ninguém havia procurado por eles. "Com os
dados da missão Polar, encontramos cinco combinações simples de campos
magnéticos e partículas energéticas que nos dizem quando estamos defronte uma
região de difusão de elétrons. Uma única nave, com os instrumentos adequados,
pode fazer essas medições e encontrar um portal", explica.
Cada
uma das sondas da MMS poderá encontrar portais e, tão logo localize um, alertar
as outras naves. Como são linhas magnéticas que se estendem pelo espaço, é
importante efetuar medições de vários pontos, a fim de compreender a abertura
dos portais e como funciona a aceleração das partículas que entram por eles,
comparando sua trajetória e velocidade com a trajetória e velocidade de
partículas que seguem a rota "normal", fora do portal. A fórmula para
calcular o "CEP dos portais magnéticos" também significa que, em vez
de ficar anos tentando localizar os portais, a missão MMS poderá começar a
estudá-los tão logo chegue ao espaço, o que deverá acontecer em 2014.
Explosões
cósmicas
A
reconexão magnética parece ser a forma favorita do Universo para fazer as coisas
explodirem. Ela ocorre em qualquer lugar onde campos magnéticos permeiam o
espaço - vale dizer, praticamente em todos os lugares.
No
Sol, a reconexão magnética cria erupções com potências equivalentes a um bilhão
de bombas atômicas. Na atmosfera da Terra, ela alimenta as tempestades
magnéticas e as auroras. Nos laboratórios, ela causa grandes problemas nos
reatores e fusão. Ela está por toda parte.
O
que é reconexão magnética?
E
há um problema adicional: os cientistas não conseguem explicar exatamente o que
é a reconexão magnética. O
básico é bastante simples. Linhas de força magnéticas cruzam-se, cancelam-se,
reconectam e... Bum! A energia magnética é liberada na forma de calor e de
energia cinética em partículas carregadas.Mas
como? Como esse simples ato de cruzar linhas de campos magnéticos disparam
essas explosões tão ferozes?
"Algo
muito interessante e fundamental acontece que nós realmente não entendemos.
Pelo menos não em nossos experimentos de laboratório e em nossas simulações",
diz Melvyn Goldstein, chefe do Laboratório de Geofísica Espacial da NASA.
Segundo
Jim Burch, cientista-chefe da missão, a MMS vai tentar ir na base desse
mistério. "A magnetosfera da Terra é um laboratório natural maravilhoso
para estudar a reconexão," diz ele. "Ela é grande, espaçosa e a
reconexão acontece lá o tempo todo, praticamente sem interrupção."
Nas
camadas externas da magnetosfera, onde os campos magnéticos da Terra encontram
o vento solar, os eventos de reconexão criam "portais" magnéticos
temporários conectando a Terra ao Sol. No interior da magnetosfera, em uma
longa estrutura chamada "cauda magnética," a reconexão impulsiona
nuvens de plasma de alta energia em direção à Terra, disparando
as auroras. Há muitos outros exemplos, e a missão MMS irá explorar cada um
deles.
Cada
observatório tem o formato de um disco, com 3,65 metros de diâmetro
e 1,2 metro
de altura. Os sensores para monitoramento dos campos eletromagnéticos e
partículas carregadas estão sendo construídos em vários centros universitários
e laboratórios dos Estados Unidos. Quando todos os instrumentos estiverem
prontos, eles serão integrados no corpo principal de cada uma das sondas, que
estão sendo construídos no Centro Espacial Goddard. O lançamento está previsto
para 2014, a
bordo de um foguete Atlas V.
Problemas
da fusão nuclear
Qualquer
nova física que a missão MMS descubra poderá, em última instância, ajudar a
aliviar a crise energética aqui na Terra.
"Há
muitos anos os pesquisadores têm olhado para a fusão nuclear como uma fonte
limpa e abundante de energia para nosso planeta", diz Burch. "Um dos
enfoques previstos, a fusão por confinamento magnético, tem mostrado resultados
muito promissores com os tokamaks. Mas tem havido problemas com a manutenção do
plasma (um gás ionizado extremamente quente) no interior da câmara".
Interior
de um tokamak, onde o plasma fica confinado sem tocar nas
paredes, isolado por
um campo magnético
"Um
dos principais problemas é a recombinação magnética", continua ele.
"Um resultado espetacular da reconexão, e muito perigoso, é conhecido como
'instabilidade dente de serra'. À medida que o calor no tokamak aumenta, a
temperatura dos elétrons atinge um pico e então 'quebra' repentinamente para um
valor mais baixo, e uma parte do plasma quente escapa. Isto é causado pela
reconexão do campo magnético de confinamento".
À
luz disso, poder-se-ia supor que os tokamaks seriam um bom lugar para estudar
a reconexão magnética. Mas não são, diz Burch. A reconexão em um tokamak
acontece em volumes minúsculos, somente com alguns milímetros de largura,
tornando-se muito difícil de ser estudada. É praticamente impossível construir
sensores pequenos o suficiente para medir a zona de reconexão.
Zona
de reconexão
A
magnetosfera da Terra é muito melhor. Na bolha magnética expansiva que circunda
nosso planeta, o processo se dá em volumes que atingem dezenas de quilômetros
de extensão. "Nós podemos mergulhar as espaçonaves em seu interior e
fazê-las voar ao seu redor, de forma a dar uma boa olhada no que está
acontecendo".
É
exatamente isto que a MMS irá fazer: voar diretamente para a zona de reconexão.
As sondas serão robustas o suficiente para suportar as energias dos eventos de
reconexão que ocorrem na magnetosfera da Terra. Assim, não há nenhum empecilho
no caminho de dois anos de descobertas que aguardam a MMS.
Fontes: esta, esta e esta.