O campo magnético da Terra é como uma armadilha poderosa. Ele atrai partículas eletricamente carregadas no espaço, perto do nosso planeta, e as prende em uma caneta invisível em forma de donut ao redor da Terra, conhecida como corrente do anel.
Este enxame cativo de partículas carregadas desempenha um papel importante na forma como a Terra reage às mudanças nas condições do espaço, chamadas clima espacial, que podem afetar a tecnologia da qual dependemos, como satélites e redes elétricas. No entanto, ainda há muito que não sabemos sobre a corrente do anel.
A NASA está se preparando para lançar uma missão projetada para fornecer uma visão única e de dentro para fora da corrente do anel. Chamado STORIE (Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution), está programado para ser lançado em maio a bordo da 34ª missão de serviços de reabastecimento comercial da SpaceX para a Estação Espacial Internacional para a NASA. A missão está voando como parte da carga útil do Programa de Testes Espaciais – Houston 11 (STP-H11), uma parceria entre a Força Espacial dos EUA e a NASA. Uma vez instalado roboticamente no exterior da estação espacial (esperado alguns dias após a sua chegada), o STORIE olhará para fora, para a corrente do anel, ajudando os cientistas a responder a questões de longa data sobre como ela cresce e encolhe e de que tipo de partículas é feita.
“Essas partículas têm impactos importantes no clima espacial”, disse Alex Glocer, investigador principal do STORIE no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, onde o instrumento foi projetado e construído. “Queremos entender como essa população presa é construída e de onde ela vem”.
Estes detalhes são especialmente importantes durante tempestades solares, quando as explosões do Sol podem levar a perturbações magnéticas na Terra. Semelhante aos cinturões de radiação de Van Allen da Terra, mas preenchidos com partículas de baixa energia, a corrente do anel tende a flutuar em tamanho, forma e intensidade de forma mais dramática do que os cinturões de radiação durante as tempestades solares. Além disso, na corrente do anel, partículas carregadas positivamente e partículas carregadas negativamente fluem em direções opostas, criando correntes elétricas. Assim, as mudanças aí podem levar a flutuações magnéticas e correntes induzidas no solo, afetando potencialmente tubulações e linhas de energia. A corrente do anel também pode contribuir para o acúmulo de carga na superfície dos satélites em órbita da Terra, o que pode provocar falhas nas espaçonaves. Além disso, quando a energia aumenta na corrente do anel, parte dessa energia é transferida para a atmosfera superior, fazendo-a aquecer, inchar e criar mais resistência aos satélites, o que pode fazer com que a nave espacial saia de órbita mais cedo do que o esperado.
No entanto, é difícil estudar diretamente a corrente do anel porque as partículas dentro dele são invisíveis. “Você não pode simplesmente imaginá-los com uma câmera”, explicou Glocer.
Em vez disso, o STORIE irá procurar o brilho de átomos energéticos neutros, ou ENAs, que são formados quando partículas carregadas presas na corrente do anel conseguem escapar. As partículas ganham liberdade roubando um elétron da atmosfera externa da Terra, conhecida como exosfera, e tornam-se neutras.
“Uma vez que essas partículas carregadas se tornam neutras, elas não sentem mais os efeitos do campo magnético da Terra e não ficam mais presas”, disse Glocer. “Eles podem simplesmente voar em qualquer direção.”
Ao medir a velocidade e a direção dos ENAs, o STORIE poderá ajudar a responder a questões de longa data sobre as origens das partículas na corrente do anel – se são fornecidas por um fluxo de partículas que flui do Sol, conhecido como vento solar, ou da Terra.
A equipa do STORIE concebeu o instrumento para prestar especial atenção aos átomos de oxigénio com carga positiva (O+) porque, de acordo com Glocer, “quando vemos oxigénio, ele vem da atmosfera. Obtemos muito pouco do vento solar”. Se o STORIE encontrar muitos átomos de oxigénio, os cientistas saberão que a corrente do anel é em grande parte fornecida pela atmosfera da Terra, e não pelo vento solar.
Glocer e outros cientistas também querem descobrir se a população de partículas carregadas da corrente do anel se acumula em rajadas rápidas ou lenta e gradualmente. “É como encher um lago com o fluxo constante de uma cachoeira ou com um monte de gotas de chuva?” Glocer disse.
Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
Missões anteriores da NASA – como IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) e TWINS (Two Wide-angle Imaging Neutral-atom Spectrometers) – analisaram ENAs de corrente de anel antes de usar uma visão de cima para baixo, o que lhes permitiu ver toda a corrente do anel de uma só vez. No entanto, a partir dessa perspectiva, a luz ultravioleta reflectida pela Terra — no centro do anel — pode interferir com as observações da ENA, e a geometria de visualização torna difícil ver partículas presas na corrente do anel perto do equador da Terra.
“Da perspectiva de dentro para fora do STORIE, você tem a Terra atrás de você e pode ver essa população presa perto do equador que era difícil de ser observada por outras missões”, disse Glocer.
Alguns experimentos com foguetes de sondagem obtiveram visões breves e de dentro para fora da corrente do anel no passado, mas eles tiveram apenas alguns minutos para observar e só puderam ver uma parte da corrente do anel durante cada voo. A visão do STORIE revelará uma fatia da corrente do anel de cada vez, mas à medida que a estação espacial orbita a Terra, o STORIE construirá uma imagem completa da corrente do anel aproximadamente a cada 90 minutos.
Ao longo da sua missão de seis meses, o STORIE irá monitorizar como a corrente do anel evolui ao longo do tempo e permitirá aos cientistas comparar o seu comportamento durante tempestades solares versus quando o Sol está calmo. Os insights do STORIE nos ajudarão a entender melhor como a Terra responde às tempestades solares, melhorar as previsões do clima espacial e ajudar a mitigar os efeitos do clima espacial na tecnologia da qual a humanidade depende.
Por Vanessa Tomás
Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Maryland.
