O campo magnético da Terra é como uma armadilha poderosa. Ele atrai partículas eletricamente carregadas no espaço, nas proximidades do nosso planeta, e as aprisiona em uma cerca invisível em formato de rosquinha ao redor da Terra, conhecida como corrente anelar (ring current).
Esse enxame cativo de partículas carregadas desempenha um papel importante em como a Terra reage a condições mutáveis no espaço, chamadas de space weather (tempo espacial), que podem afetar a tecnologia da qual dependemos, como satélites e redes de energia. Ainda assim, há muito que não sabemos sobre a corrente anelar.
A NASA está se preparando para lançar uma missão projetada para fornecer uma visão única, de dentro para fora, da corrente anelar. Batizada de STORIE (Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution), ela está prevista para decolar em maio a bordo da 34ª missão de serviços comerciais de reabastecimento da SpaceX até a Estação Espacial Internacional (ISS) para a NASA. A missão voa como parte do programa de testes espaciais – Houston 11 (STP-H11), uma parceria entre a U.S. Space Force e a NASA. Depois que for instalada de forma robótica no exterior da estação espacial (o que deve ocorrer alguns dias após sua chegada), a STORIE observará a corrente anelar a partir de fora, ajudando cientistas a responder perguntas antigas sobre como ela cresce e diminui e sobre que tipo de partículas a compõe.
A corrente anelar é um enxame invisível em formato de rosquinha de partículas carregadas ao redor da Terra (mostrado aqui em azul). Ela se sobrepõe à parte externa de dois cinturões de radiação de Van Allen (mostrados em verde), mas a corrente anelar contém partículas de menor energia do que os cinturões de radiação. Na corrente anelar, partículas com carga positiva e partículas com carga negativa fluem em direções opostas, criando correntes elétricas. Mudanças na corrente anelar influenciam como nosso planeta responde a tempestades solares e podem ter impactos em nossa tecnologia.
NASA/Mary Pat Hrybyk-Keith/Kristen Perrin
“Essas partículas têm impactos importantes no tempo espacial”, disse Alex Glocer, investigador principal da STORIE no Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, onde o instrumento foi projetado e construído. “Queremos entender como essa população aprisionada se forma e de onde ela vem.”
Esses detalhes são especialmente importantes durante tempestades solares, quando erupções do Sol podem levar a perturbações magnéticas na Terra. Semelhante aos cinturões de radiação de Van Allen da Terra, mas preenchida por partículas de menor energia, a corrente anelar tende a variar de tamanho, formato e intensidade de maneira mais dramática do que os cinturões de radiação durante tempestades solares. Além disso, na corrente anelar, partículas com carga positiva e partículas com carga negativa fluem em direções opostas, criando correntes elétricas. Assim, mudanças ali podem causar flutuações magnéticas e correntes induzidas no solo, potencialmente afetando dutos e linhas de energia. A corrente anelar também pode contribuir para o acúmulo de carga na superfície de satélites em órbita da Terra, o que pode provocar falhas e “travamentos” de naves espaciais. Além disso, quando a energia aumenta na corrente anelar, parte dessa energia é transferida para a atmosfera superior, fazendo-a aquecer, expandir e gerar mais arrasto sobre satélites, o que pode fazer a nave espacial desorbitar mais cedo do que o esperado.
Para visualizar este vídeo, ative o JavaScript e considere atualizar para um navegador da web que
suporte vídeo em HTML5
Esta simulação mostra flutuações na corrente anelar (à esquerda) e no cinturão externo de radiação de Van Allen (à direita) durante uma tempestade solar. A corrente anelar e o cinturão externo de radiação se sobrepõem no espaço, mas a corrente anelar flutua de forma mais dinâmica do que o cinturão de radiação, enquanto o cinturão de radiação cresce mais lentamente em intensidade.
NASA/Austin Brenner
No entanto, é difícil estudar diretamente a corrente anelar porque as partículas dentro dela são invisíveis. “Você não pode simplesmente imaginá-las com uma câmera”, explicou Glocer.
Em vez disso, a STORIE fará varreduras para detectar o brilho de átomos neutros energéticos, ou ENAs (Energetic Neutral Atoms), que são formados quando partículas carregadas aprisionadas na corrente anelar conseguem escapar. As partículas conquistam sua liberdade ao roubar um elétron da atmosfera externa da Terra, conhecida como exosfera, e se tornam neutras.
“Assim que essas partículas carregadas se tornam neutras, elas não sentem mais os efeitos do campo magnético da Terra e não ficam mais aprisionadas”, disse Glocer. “Elas podem simplesmente seguir voando em qualquer direção.”
Ao medir a velocidade e a direção das ENAs, a STORIE pode ajudar a responder perguntas antigas sobre as origens das partículas na corrente anelar — se elas são fornecidas por um fluxo de partículas que sai do Sol, conhecido como vento solar, ou se vêm da própria Terra.
O instrumento da NASA STORIE (Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution) é mostrado aqui instalado na carga útil do programa de testes espaciais – Houston 11 (STP-H11), uma parceria entre a U.S. Space Force e a NASA. Ele está coberto com material de isolamento para proteger a STORIE do ambiente espacial. Após o lançamento, a carga útil STP-H11 e a STORIE serão instaladas no exterior do módulo Columbus da Estação Espacial Internacional.
U.S. Space Force
A equipe da STORIE projetou o instrumento para dar atenção especial a átomos de oxigênio positivamente carregados (O+) porque, segundo Glocer, “Quando você vê oxigênio, isso vem da atmosfera. Você tem muito pouco disso no vento solar.” Se a STORIE encontrar muitos átomos de oxigênio, os cientistas saberão que a corrente anelar é suprida principalmente pela atmosfera da Terra, e não pelo vento solar.
Glocer e outros cientistas também querem descobrir se a população de partículas carregadas da corrente anelar se acumula em rajadas rápidas ou de forma lenta e gradual. “É como encher um lago com o fluxo constante de uma cachoeira ou com um monte de gotas de chuva?”, disse Glocer.
Missões anteriores da NASA — como IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) e TWINS (Two Wide-angle Imaging Neutral-atom Spectrometers) — já observaram ENAs da corrente anelar antes, usando uma visão de cima para baixo, que permitia ver toda a corrente anelar de uma vez. No entanto, nessa perspectiva, a luz ultravioleta refletida pela Terra — no centro da rosquinha — pode interferir nas observações das ENAs, e a geometria de observação torna difícil ver partículas aprisionadas na corrente anelar próximas ao equador terrestre.
“Com a perspectiva de dentro para fora da STORIE, você tem a Terra atrás de você, e consegue ver essa população aprisionada perto do equador, que era difícil para outras missões observar”, disse Glocer.
Para visualizar este vídeo, ative o JavaScript e considere atualizar para um navegador da web que
suporte vídeo em HTML5
Depois de instalada na Estação Espacial Internacional, a missão STORIE da NASA fará varreduras para fora, afastando-se da Terra, para imagear átomos neutros energéticos (ENAs) provenientes da corrente anelar da Terra. Ela observará um “recorte” da corrente anelar por vez, mas, à medida que orbita a Terra, a STORIE vai construindo uma visão completa dessa faixa invisível em formato de rosquinha de partículas. Nesta animação, as linhas curvas laranjas representam linhas de campo no campo magnético da Terra, e o setor móvel de raios verdes representa o campo de visão da STORIE enquanto a estação espacial orbita o planeta.
NASA/Gonzalo Cucho-Padin
Alguns experimentos com foguetes de sondagem já obtiveram, no passado, visões breves de dentro para fora da corrente anelar, mas eles tiveram apenas alguns minutos para observar e só conseguiam ver uma porção da corrente anelar em cada voo. A visão da STORIE revelará um recorte da corrente anelar por vez, mas, à medida que a estação espacial orbita a Terra, a STORIE vai montar uma imagem completa da corrente anelar aproximadamente a cada 90 minutos.
Ao longo de sua missão de seis meses, a STORIE monitorará como a corrente anelar evolui com o tempo e permitirá que cientistas comparem seu comportamento durante tempestades solares versus quando o Sol está calmo. As descobertas da STORIE nos ajudarão a entender melhor como a Terra responde a tempestades solares, aprimorar previsões de tempo espacial e ajudar a reduzir os efeitos do tempo espacial na tecnologia da qual a humanidade depende.
Por Vanessa Thomas
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Compartilhar
