Vento com possibilidade de tempestades magnéticas - ciência do tempo espacial com Cluster
O clima espacial não é um conceito abstrato - pode acontecer no Espaço, mas os seus efeitos na Terra podem ser significativos. Para ajudar a prever melhor esses efeitos, a missão Cluster da ESA, um quarteto de aeronaves lançado em 2000, está atualmente a trabalhar para entender como o nosso planeta está conectado ao seu ambiente magnético e desvendar a complexa relação entre a Terra e a sua estrela-mãe.
Apesar das aparências, o espaço ao redor do nosso planeta está longe de estar vazio. A Terra está cercada por várias camadas da atmosfera, é constantemente banhada por um fluxo de partículas carregadas vindas do Sol, conhecido como o vento solar, e envia as suas próprias linhas de campo magnético para o cosmos.
Este campo inunda o nosso espaço imediato, atuando como uma espécie de escudo contra qualquer radiação extrema e potencialmente prejudicial que possa surgir no nosso caminho. Também define a magnetosfera do nosso planeta, uma região do espaço dominada pelo campo magnético da Terra e cheia de energia que é preenchida pelo vento solar e, esporadicamente, libertada no ambiente próximo da Terra.
Com isso vem o “tempo”. Ocasionalmente, experienciamos tempestades e eventos magnéticos que perturbam e interagem com os cinturões de radiação, a atmosfera e a superfície planetária da Terra. Um dos exemplos mais famosos disso são as auroras que a Terra experiencia nos seus polos. Essas folhas de cor brilhantes formam-se quando o vento solar perturba e rompe as camadas superiores de nossa atmosfera.
O clima espacial tem um impacto real nas nossas atividades na Terra e representa um risco significativo para os exploradores do espaço - robótico e humano. Fluídos súbitos de partículas de alta energia emanadas do Sol podem conter até 100 milhões de toneladas de material; isso pode penetrar nas paredes das naves espaciais ou afetar os seus componentes eletrónicos, inabilitar satélites e deitar abaixo transformadores elétricos e redes elétricas terrestres. Atualmente, existem cerca de 1800 satélites ativos a circundar o nosso planeta, e nossa dependência da tecnologia espacial está cada vez mais forte.
“Isto destaca a necessidade urgente de previsões meteorológicas espaciais mais precisas,” afirma Philippe Escoubet, Cientista do Projeto da missão Cluster da ESA. “Para entender e prever esse clima, precisamos saber mais sobre como a Terra e o Sol estão conectados e como é e funciona o ambiente magnético ao redor da Terra. É isso que a missão Cluster nos está a ajudar a fazer.”
Várias naves espaciais estão a investigar o ambiente magnético ao redor da Terra e como este interage com o vento solar. Os esforços têm sido internacionalmente colaborativos, de observatórios incluindo as missões Cluster e Swarm da ESA, a missão Magnetospheric MultiScale (MMS) da NASA, as sondas Van Allen e THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms), e as missões japonesas (JAXA/ISAS) Arase e Geotail.
A missão Cluster compreende quatro aeronaves idênticas que voam numa formação semelhante a uma pirâmide, capazes de coletar dados incrivelmente detalhados sobre a estrutura complexa e as flutuações do nosso ambiente magnético.
Durante quase duas décadas, este quarteto mapeou a nossa magnetosfera e identificou fluxos de plasma frio e interações com o vento solar, sondou a nossa cauda magnética - uma extensão da magnetosfera que se estende além da Terra na direção oposta ao Sol. A missão também modelou a turbulência de pequena escala e a intrincada dinâmica do próprio vento solar e ajudou a explicar os mistérios das auroras da Terra.
Embora esse catálogo anterior de descobertas já seja impressionante o suficiente, Cluster ainda está a produzir novos conhecimentos, especialmente no campo do clima espacial. Recentemente, a missão tem sido instrumental na construção de modelos mais precisos do campo magnético do nosso planeta, tanto perto da Terra (nas chamadas altitudes geossíncronas), quanto a grandes distâncias da superfície da Terra - não é uma tarefa fácil.
Estes modelos recentes foram baseados em dados da Cluster e outras missões mencionadas acima, e reunidos por cientistas, incluindo Nikolai Tsyganenko e Varvara Andreeva, da Universidade Estadual de São Petersburgo, na Rússia. Fornecem uma maneira de traçar as linhas do campo magnético e determinar como evoluem e mudam durante as tempestades e podem, assim, criar um mapa magnético de todos os satélites atualmente em órbita ao redor da Terra até a baixas altitudes.
Além disso, a missão Swarm da ESA também fornece informações sobre o campo magnético do nosso planeta. Lançada em 2013 e compreendendo três satélites idênticos, Swarm tem medido com precisão os sinais magnéticos que se originam a partir do núcleo, manto, crosta e oceanos da Terra, bem como da ionosfera e da magnetosfera.
“Este tipo de pesquisa é inestimável,” acrescenta Escoubet. “Explosões inesperadas ou extremas do clima espacial podem danificar gravemente qualquer satélite que temos em órbita ao redor da Terra, de modo que sermos capazes de melhor os monitorizar - enquanto simultaneamente entendemos melhor a estrutura dinâmica do campo magnético do nosso planeta - é fundamental para a sua segurança.
Cluster também monitorizou, recentemente, o impacto de enormes explosões de partículas e fotões altamente energéticos das camadas externas do Sol, conhecidas como Ejeções de Massa Coronal (CMEs). Os dados mostraram que as CMEs são capazes de desencadear tempestades geomagnéticas, tanto fortes como fracas, à medida que se encontram e se deformam com o choque em arco da Terra - a fronteira onde o vento solar encontra os limites externos da nossa magnetosfera.
Tais tempestades são eventos extremos. Cluster explorou uma tempestade específica que ocorreu em setembro de 2017, acionada por duas CMEs consecutivas, separadas por 24 horas. Estudou como a tempestade afetou o fluxo de partículas carregadas que saiam das regiões polares da ionosfera, uma camada da atmosfera superior da Terra, acima de cerca de 100 km, e descobriu que esse fluxo aumentou mais de 30 vezes em torno da calota polar. Este aumento de fluxo tem consequências para o clima espacial, como o aumento do arrasto para os satélites, e acredita-se que seja um resultado da ionosfera ser aquecida por intensos raios solares.
A missão observou como vários outros fenómenos também afetam a nossa magnetosfera. Detetou anomalias locais minúsculas e quentes no fluxo do vento solar que fez a magnetosfera inteira vibrar, e observou a magnetosfera a crescer e a encolher significativamente em tamanho em 2013, interagindo com os cinturões de radiação que circundam o nosso planeta.
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Mais importante, também mediu a velocidade do vento solar no “nariz” do choque em arco. Estas observações conectam dados coletados perto da Terra com aqueles obtidos por satélites que observam o Sol a cerca de 1,5 milhões de quilómetros, num local conhecido como Ponto 1 de Lagrange - como o Observatório Solar e Heliosférico (SOHO) da NASA e o Explorador de Composição Avançado (ACE) da NASA. Estes dados oferecem evidências importantes para a dinâmica do vento solar nessa região complexa e pouco clara do Espaço.
“Tudo isso, e mais, tornou realmente possível entender melhor a dinâmica do campo magnético da Terra e como isso se relaciona com o clima espacial que vemos,” diz Escoubet. “A missão Cluster produziu uma ciência tão maravilhosa nos últimos 18 anos - mas ainda há muito mais por vir.”
Para mais informações, é favor contatar:
Philippe Escoubet
Cluster Project Scientist
European Space Agency
Email: Philippe.Escoubet@esa.int
Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
