Um mapa do calcanhar de aquiles celeste

Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) estão desenvolvendo instrumentos para satélites com o objetivo de estudar a Anomalia Magnética do Atlântico Sul (Sama, na sigla em inglês), uma região em que o campo magnético da Terra é significativamente mais fraco e que cobre parte da América do Sul, do Atlântico Sul e do continente africano. A anomalia tem efeitos que vão além das variações mais comuns no campo magnético terrestre, podendo trazer riscos para satélites e os serviços que dependem deles. O planeta Terra é protegido por um campo magnético que desvia grande parte das partículas emitidas pelo Sol. A proteção proporcionada por esse campo é o que permite a existência de nossa atmosfera. “Se esse campo não existisse, o fluxo de partículas arrastaria consigo todas as moléculas dos gases que estão no ar. Sem gases atmosféricos, sem vida. Nosso planeta seria como Marte”, resume Gelvam Hartmann, professor do Instituto de Geociências da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Por causa da tecnologia contemporânea, esse escudo magnético se tornou ainda mais importante. Ele protege os delicados componentes eletrônicos dos satélites usados para telecomunicação e geolocalização, por exemplo. Mas fenômenos climáticos espaciais, como as tempestades geomagnéticas causadas por perturbações nos ventos solares, podem colocar esses equipamentos em risco ou atrapalhar seu funcionamento. Quando eventos assim ocorrem, partículas com carga elétrica podem chegar até a ionosfera, uma camada atmosférica ocupada por gases carregados eletricamente. “Isso altera as condições de propagação de ondas de rádio, e todos os sistemas baseados em satélites, que dependem de sinais atravessando a camada, sofrem efeitos negativos”, explica Emília Correa, pesquisadora do Inpe, que conta com projeto apoiado pela FAPESP na linha de Auxílio à Pesquisa — Regular. Ela usa o GPS como um exemplo de um sistema que pode ser afetado. “Se forem muito fortes, as tempestades causam a perda da sintonia de comunicação do sistema GPS, prejudicando a precisão de navegação.” Nesse cenário, algumas ações ajudam a proteger os equipamentos. “Tem satélites que recolhem o painel solar, e outros desligam certos instrumentos internos”, exemplifica Paulo Fagundes, professor adjunto na Universidade do Vale do Paraíba, que também tem projeto com financiamento da FAPESP na linha de Auxílio à Pesquisa — Temático. Medidas desse tipo são ainda mais necessárias em satélites que se encontram na região da Sama. Como o campo magnético nela é mais fraco, as partículas carregadas responsáveis pelo dano podem atingir camadas mais baixas da atmosfera. “Esses íons vão penetrar mais profundamente”, diz Fagundes. Alexandre Affonso/Revista Pesquisa FAPESP Previsão do clima espacial Apesar da importância para a manutenção dos sistemas de satélite, ainda se sabe pouco sobre como essas partículas atravessam as camadas de nossa atmosfera na região da Sama. Entender como isso ocorre pode levar ao desenvolvimento de novas estratégias para a proteção dos equipamentos. Livia Ribeiro Alves, pesquisadora do Inpe, compara isso à previsão das chuvas na superfície do planeta. “É como tentar impedir a chuva. Não tem como, ela vai acontecer. Mas, se soubermos qual vai ser o volume de água que cai e onde ela vai cair, podemos pensar em estratégias de proteção.” A equipe de Alves trabalha no desenvolvimento de equipamentos para a medição do fluxo de elétrons, uma das partículas carregadas que pode atravessar as camadas da atmosfera, com o objetivo de fazer essa previsão do clima espacial. “Pensamos em monitorar a recorrência da precipitação de partículas, a quantidade precipitada, as espécies [tipos de partículas] que se precipitam e onde”, explica Alves. Além de estudar como isso se dá em contextos normais, entender como as condições espaciais mudam durante as tempestades geomagnéticas também faz parte do projeto. “E quando eu tenho uma tempestade, como essa precipitação acontece? Existe alguma região que não é atingida e que vai passar a ser afetada quando isso acontecer? São essas as perguntas que queremos responder.” A precipitação das partículas não ocorre aleatoriamente. Elas ficam presas ao campo magnético da Terra em dois cinturões de radiação na parte externa da atmosfera, até que a interação com ondas de determinadas frequências causa a sua queda. “Elas estão lá girando, mas, quando interagem com uma onda, não conseguem mais ficar estabilizadas, então se precipitam e caem na região da anomalia magnética” explica Correa. Entender como ocorre a interação entre as partículas e as ondas que causam sua precipitação é outro ponto importante do Sama-Suite. Em especial, as ondas whistler, que possuem a frequência necessária para causar a precipitação das partículas dos cinturões de radiação. “O que se sabe é que a única forma de haver essa precipitação é se houver a interação com as ondas whistler, que têm uma faixa de frequência próxima da frequência de giro dos elétrons”, explica Alves. Preparando os instrumentos O Sama-Suite ainda se encontra nas fases iniciais de desenvolvimento. No momento, a equipe de Alves determina os requisitos que os instrumentos que serão levados nos satélites devem cumprir. Ainda não existem satélites capazes de fazer as medições necessárias para o projeto. Os que podem medir o fluxo de partículas carregadas costumam ser projetados para órbitas mais altas do que o necessário para estudar as partículas na Sama. Por outro lado, satélites de baixa órbita costumam carregar instrumentos para medição do clima e imageamento da vegetação. Isso significa que novos instrumentos terão de ser desenvolvidos especialmente para esse projeto. Além disso, como atuarão na Sama, os aparelhos precisam ser capazes de resistir mesmo com uma menor proteção do campo magnético. Além dos cálculos e simulações, a equipe de Alves realizará testes em ambientes controlados para garantir que os equipamentos estejam preparados uma vez lançados. “Faremos testes como os de detecção, do comportamento da eletrônica, de temperatura e de radiação”, diz ela. Já existem missões espaciais que são candidatas para levar os instrumentos desenvolvidos, como o CBERS, um programa de cooperação tecnológica entre China e Brasil, e a missão Galileo, que pretende lançar um telescópio espacial solar. Alves destaca a importância do projeto para o país. “Ninguém é mais interessado nessa pesquisa do que o Brasil, certo? Afinal, a Sama está em cima das nossas cabeças. Precisamos ter condições de fazer as medidas não só com parceiros e colaboradores internacionais, mas também usando a tecnologia e o desenvolvimento experimental que temos nas instituições brasileiras.” “É como tentar impedir a chuva. Não tem como, ela vai acontecer. Mas, se soubermos qual vai ser o volume de água que cai e onde ela vai cair, podemos pensar em estratégias de proteção” – Livia Ribeiro Alves, pesquisadora do Inpe De onde vem a Sama O campo magnético da Terra é gerado pelo movimento do ferro líquido na camada externa do núcleo terrestre, a 2.900 quilômetros de profundidade. De maneira geral, ele funciona como um dipolo, ou seja, como um grande ímã de geladeira. Mas alguns pontos do planeta são exceções. “Se a gente pega a América do Sul, o Atlântico Sul, o sul da África, a gente pode dizer que o comportamento dipolar não funciona”, exemplifica Hartmann. O comportamento anômalo pode ser explicado pela polaridade do campo magnético no núcleo da Terra. Sob a Sama, o polo magnético do campo é o contrário do esperado. O professor Ricardo Trindade, do Departamento de Geofísica do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), explica que essa inversão é gerada por manchas magnéticas — pontos onde as linhas do campo magnético são voltadas para o interior do planeta, em vez de para o exterior. Elas existem na interface entre o núcleo externo e o manto, a camada que fica logo acima do núcleo na estrutura de nosso planeta. “São manchas grandes. Maiores do que o estado de Minas Gerais, maiores do que o sul do Brasil. É fácil imaginar que, se você tem um campo naquele local com uma polaridade invertida, ele vai reduzir a intensidade do campo magnético do planeta.” Trindade também explica que as manchas não são estáticas – elas se movem junto com a Sama em direção ao oeste, até desaparecer e reemergir no sul da África. Apesar disso, não dão sinal nenhum de que irão sumir. “Essas manchas e esse efeito da anomalia devem estar aí por milhões de anos. Não é uma coisa recente. Então, como risco espacial, é algo que temos que contar como parte do contexto geomagnético terrestre. Não dá para pensar nisso como uma coisa pontual, que vai desaparecer”, conclui o professor.