Uma pequena, mas em evolução no campo magnético da Terra, pode causar
grandes dores de cabeça para os satélites.
O campo magnético da Terra atua como um escudo protetor ao redor do
planeta, repelindo e prendendo as partículas carregadas do Sol. Mas na
América do Sul e no Sul do Oceano Atlântico, um ponto excepcionalmente fraco no
campo - chamado de Anomalia do Atlântico Sul, ou SAA - permite que essas
partículas mergulhem mais perto da superfície do que o normal. A radiação
de partículas nesta região pode derrubar os computadores de bordo e interferir
na coleta de dados dos satélites que passam por ela - um dos principais motivos
pelos quais os cientistas da NASA desejam rastrear e estudar a anomalia.
A anomalia do Atlântico Sul também é de interesse para os cientistas da
Terra da NASA que monitoram as mudanças na força do campo magnético lá, tanto
para saber como essas mudanças afetam a atmosfera da Terra e como um indicador
do que está acontecendo com os campos magnéticos da Terra, nas profundezas do
globo.
Atualmente, o SAA não cria impactos visíveis na vida diária na
superfície. No entanto, observações e previsões recentes mostram que a
região está se expandindo para o oeste e continuando a enfraquecer em
intensidade. Também está se dividindo - dados recentes mostram que o vale
da anomalia, ou região de força de campo mínima, se dividiu em dois lóbulos,
criando desafios adicionais para as missões de satélite.
Uma série de cientistas da NASA em grupos de pesquisa geomagnética,
geofísica e heliofísica observam e modelam o SAA, para monitorar e prever
mudanças futuras - e ajudar a se preparar para desafios futuros para satélites
e humanos no espaço.
Vídeo: https://youtu.be/qpdQcw_52iM
O campo magnético da Terra atua como um escudo protetor ao redor
do planeta, repelindo e prendendo as partículas carregadas do Sol. Mas na
América do Sul e no sul do Oceano Atlântico, um ponto excepcionalmente fraco no
campo - chamado de Anomalia do Atlântico Sul, ou SAA - permite que essas
partículas mergulhem mais perto da superfície do que o normal. Atualmente,
o SAA não cria impactos visíveis na vida diária na superfície. No entanto,
observações e previsões recentes mostram que a região está se expandindo para o
oeste e continuando a enfraquecer em intensidade. A anomalia do Atlântico
Sul também é de interesse para os cientistas da Terra da NASA que monitoram as
mudanças na força magnética ali, tanto para saber como essas mudanças afetam a
atmosfera da Terra e como um indicador do que está acontecendo com os campos
magnéticos da Terra, nas profundezas do globo.
Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA
Baixe este vídeo em formatos HD do Estúdio de
Visualização Científica da NASA Goddard
A anomalia do
Atlântico Sul surge de duas características do núcleo da Terra: a inclinação de
seu eixo magnético e o fluxo de metais derretidos em seu núcleo externo.
A Terra é um
pouco como uma barra magnética, com os polos norte e sul que representam polaridades
magnéticas opostas e linhas de campo magnético invisíveis circundando o planeta
entre eles. Mas, ao contrário de um ímã em barra, o campo magnético do
núcleo não está perfeitamente alinhado pelo globo, nem é perfeitamente estável. Isso
porque o campo se origina do núcleo externo da Terra: fundido, rico em ferro e
em movimento vigoroso a 1.800 milhas abaixo da superfície. Esses metais
agitados agem como um grande gerador, chamado geodinamo, criando correntes
elétricas que produzem o campo magnético.
À medida que o
movimento do núcleo muda ao longo do tempo, devido a condições geodinâmicas
complexas dentro do núcleo e na fronteira com o manto sólido acima, o campo
magnético também flutua no espaço e no tempo. Esses processos dinâmicos no
núcleo se propagam para o campo magnético ao redor do planeta, gerando o SAA e
outros recursos no ambiente próximo à Terra - incluindo a inclinação e a deriva
dos polos magnéticos, que se movem ao longo do
tempo . Essas evoluções no campo, que acontecem em uma
escala de tempo semelhante à convecção de metais no núcleo externo, fornecem
aos cientistas novas pistas para ajudá-los a desvendar a dinâmica do núcleo que
impulsiona o geodinamo.
“O campo magnético
é na verdade uma superposição de campos de muitas fontes atuais”, disse Terry Sabaka , geofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em
Greenbelt, Maryland. Regiões fora da Terra sólida também contribuem para o
campo magnético observado. No entanto, disse ele, a maior parte do campo
vem do núcleo.
As forças no
núcleo e a inclinação do eixo magnético juntas produzem a anomalia, a área de
magnetismo mais fraco - permitindo que partículas carregadas presas no campo
magnético da Terra mergulhem mais perto da superfície.
Quando o material solar atinge a magnetosfera da Terra, ele pode
ficar preso e preso em dois cinturões em forma de rosquinha ao redor do planeta
chamados de cinturões de Van Allen. Os cinturões impedem as partículas de
viajar ao longo das linhas do campo magnético da Terra, continuamente saltando para
frente e para trás de um polo a outro.
Créditos: NASA Goddard / Tom Bridgman
Os cintos de radiação vistos por SAMPEX
O Sol expulsa um fluxo constante de partículas e campos magnéticos
conhecidos como vento solar e vastas nuvens de plasma quente e radiação,
chamadas de ejeções de massa coronal. Quando este material solar flui
através do espaço e atinge a magnetosfera da Terra , o espaço ocupado pelo campo
magnético da Terra, ele pode ficar preso e preso em dois cinturões em forma de
rosca ao redor do planeta chamados de cintos de Van Allen . Os cinturões
impedem as partículas de viajar ao longo das linhas do campo magnético da
Terra, continuamente saltando para frente e para trás de um polo a outro. O
cinturão mais interno começa a cerca de 400 milhas da superfície da Terra, o
que mantém sua radiação de partículas a uma distância saudável da Terra e de
seus satélites em órbita.
No entanto,
quando uma tempestade particularmente forte de partículas do Sol atinge a
Terra, os cinturões de Van Allen podem ficar altamente energizados e o campo
magnético pode ser deformado, permitindo que as partículas carregadas penetrem
na atmosfera.
“A SAA
observada também pode ser interpretada como uma consequência do enfraquecimento
da dominância do campo dipolo na região”, disse Weijia Kuang ,
geofísica e matemática do Laboratório de Geodésia e Geofísica de Goddard. “Mais
especificamente, um campo localizado com polaridade invertida cresce fortemente
na região SAA, tornando a intensidade do campo muito fraca, mais fraca do que
nas regiões vizinhas”.
Um buraco no espaço
Embora a anomalia
do Atlântico Sul surja de processos dentro da Terra, ela tem efeitos que vão
muito além da superfície da Terra. A região pode ser perigosa para
satélites em órbita baixa da Terra que viajam por ela. Se um satélite for
atingido por um próton de alta energia, ele pode entrar em curto-circuito e
causar um evento denominado transtorno de evento único ou SEU. Isso pode
fazer com que a função do satélite sofra uma falha temporária ou pode causar
danos permanentes se um componente importante for atingido. Para evitar a
perda de instrumentos ou de um satélite inteiro, os operadores geralmente
desligam componentes não essenciais à medida que passam pelo SAA. Na
verdade, o Ionospheric
Connection Explorer da NASA viaja regularmente pela região
e, portanto, a missão mantém um controle constante sobre a posição da SAA.
A Estação Espacial Internacional , que está
em órbita baixa da Terra, também passa pela SAA. Está bem protegido e os
astronautas estão protegidos contra danos enquanto estiverem lá dentro. No
entanto, a ISS tem outros passageiros afetados pelos níveis de radiação mais
altos: Instrumentos como a missão Global Ecosystem Dynamics Investigation ,
ou GEDI, coletam dados de várias posições do lado de fora da ISS. A SAA
causa “blips” nos detectores do GEDI e reinicializa os painéis de energia do
instrumento cerca de uma vez por mês, disse Bryan Blair ,
investigador principal adjunto da missão e cientista de instrumentos, e
cientista de instrumentos lidar em Goddard.
“Esses eventos
não causam danos ao GEDI”, disse Blair. “Os blips do detector são raros em
comparação com o número de disparos de laser - cerca de um blip em um milhão de
disparos - e o evento da linha de redefinição causa algumas horas de perda de
dados, mas isso só acontece a cada mês ou assim”.
O Sol expulsa um fluxo constante de partículas e campos magnéticos
conhecidos como vento solar e vastas nuvens de plasma quente e radiação,
chamadas de ejeções de massa coronal. Este material solar flui através do
espaço e atinge a magnetosfera da Terra, o espaço ocupado pelo campo magnético
da Terra, que atua como um escudo protetor ao redor do planeta.
Créditos: NASA Goddard / Bailee DesRocher
Magnetosferas de nosso Sistema Solar
Além de medir a força do campo magnético da SAA, os cientistas da
NASA também estudaram a radiação de partículas na região com o Solar, Anomalous
e Magnetospheric Particle Explorer , ou SAMPEX - a primeira das missões do Small Explorer da
NASA , lançada em 1992 e fornecendo observações até 2012 . Um
estudo, liderado pela heliofísica da NASA Ashley Greeley como
parte de sua tese de doutorado, usou duas décadas de dados da SAMPEX para
mostrar que a SAA está vagarosamente, mas constantemente, à deriva na direção
noroeste. Os resultados ajudaram a confirmar modelos criados a partir de
medições geomagnéticas e mostraram como a localização do SAA muda conforme o
campo geomagnético evolui.
“Essas partículas estão
intimamente associadas ao campo magnético, que orienta seus movimentos”, disse Shri Kanekal , pesquisador do Laboratório de Física Heliosférica da NASA
Goddard. “Portanto, qualquer conhecimento de partículas também fornece
informações sobre o campo geomagnético”.
Os resultados de Greeley,
publicados na revista Space Weather , também foram capazes de
fornecer uma imagem clara do tipo e da quantidade de radiação que os satélites
recebem ao passar pelo SAA, o que enfatizou a necessidade de monitoramento
contínuo na região.
As informações que Greeley
e seus colaboradores coletaram das medições in-situ da SAMPEX também foram
úteis para o projeto de satélites. Os engenheiros do satélite Low-Earth
Orbit, ou LEO, usaram os resultados para projetar sistemas que evitariam que um
evento de engate causasse falha ou perda da espaçonave.
Modelando um futuro mais seguro
para satélites
Para entender como o SAA
está mudando e se preparar para futuras ameaças a satélites e instrumentos,
Sabaka, Kuang e seus colegas usam observações e física para contribuir com
modelos globais do campo magnético da Terra.
A equipe avalia o estado
atual do campo magnético usando dados da Agência Espacial Europeia ‘s Swarm constelação , missões anteriores de
agências em todo o mundo, e medidas no terreno. A equipe de Sabaka separa
os dados de observação para separar sua fonte antes de passá-los para a equipe
de Kuang. Eles combinam os dados classificados da equipe de Sabaka com seu
modelo de dinâmica central para prever a variação geomagnética secular
(mudanças rápidas no campo magnético) no futuro.
Os modelos geodinâmicos
são únicos em sua capacidade de usar a física básica para criar previsões para
um futuro próximo, disse Andrew Tangborn , um matemático do Laboratório de
Geodinâmica Planetária de Goddard .
“Isso é semelhante a como
as previsões do tempo são produzidas, mas estamos trabalhando com escalas de
tempo muito mais longas”, disse ele. “Esta é a diferença fundamental entre
o que fazemos em Goddard e a maioria dos outros grupos de pesquisa que modelam
as mudanças no campo magnético da Terra”.
Um desses aplicativos para
o qual Sabaka e Kuang contribuíram é o International
Geomagnetic Reference Field , ou IGRF. Usado para uma variedade
de pesquisas do núcleo aos limites da atmosfera, o IGRF é uma coleção de
modelos candidatos feitos por equipes de pesquisa em todo o mundo que descrevem
o campo magnético da Terra e rastreiam como ele muda com o tempo.
“Embora o SAA seja lento,
ele está passando por algumas mudanças na morfologia, então também é importante
que continuemos observando-o por meio de missões contínuas”, disse Sabaka. “Porque
é isso que nos ajuda a fazer modelos e previsões”.
A mudança da SAA oferece
aos pesquisadores novas oportunidades para entender o núcleo da Terra e como
sua dinâmica influencia outros aspectos do sistema terrestre, disse Kuang. Ao
rastrear este “dente” de evolução lenta no campo magnético, os pesquisadores
podem entender melhor a forma como nosso Planeta está mudando e ajudar a se
preparar para um futuro mais seguro para os satélites.
Imagem do banner: Esta visualização estereoscópica mostra
um modelo simples do campo magnético da Terra. O campo magnético protege
parcialmente a Terra das partículas carregadas prejudiciais que emanam do Sol. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA.
Por Mara Johnson-Groh e Jessica Merzdorf
Goddard Space Flight Center da NASA , Greenbelt, Md.
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