Primeiro veio a surpreendente descoberta de que a atmosfera da Terra está vazando. Mas, por cerca de 60 anos, o motivo permaneceu um mistério.
Desde o final da década de 1960, os satélites sobre os polos detectaram um fluxo extremamente rápido de partículas escapando para o espaço, a velocidades de 20 quilômetros por segundo. Os cientistas suspeitavam que a gravidade e o campo magnético sozinhos não conseguiam explicar totalmente o fluxo. Tinha de haver outra fonte criando essa torneira com vazamento.
Acontece que a força misteriosa é um campo elétrico global não descoberto anteriormente, segundo um estudo recente. O campo tem apenas a força de uma bateria de relógio, mas é suficiente para empurrar íons mais leves da nossa atmosfera para o espaço. Ele também é gerado de forma diferente de outros campos elétricos na Terra.
Esse aspecto recém-descoberto de nosso planeta fornece pistas sobre a evolução de nossa atmosfera, talvez explicando por que a Terra é habitável.
O campo elétrico é “um agente do caos”, disse Glyn Collinson, cientista de foguetes da Nasa e principal autor do estudo. “Ele desfaz a gravidade. ... Sem ele, a Terra seria muito diferente”.
‘Pensado como impossível de ser medido’
O campo elétrico recém-descoberto é tão fundamental para a Terra quanto a gravidade, disseram os autores, mas não era fácil de detectar.
Nosso sol pode aquecer e energizar algumas partículas o suficiente para escapar para o espaço, de acordo com a Nasa. Mas as naves espaciais que observam um fluxo de partículas nos polos - chamado de vento polar - mostraram que muitos íons estavam se movendo extremamente rápido, mas frios. A missão Cluster da Agência Espacial Europeia mediu cerca de 90 toneladas de material escapando por dia, principalmente íons leves de hidrogênio.
Matematicamente, os cientistas há muito tempo teorizam que um pequeno campo elétrico poderia fornecer energia suficiente para transportar o hidrogênio para fora da nossa atmosfera. Mas ele provavelmente seria gerado em uma escala subatômica e seria incrivelmente fraco. Além disso, ele precisaria ser detectado em centenas de quilômetros.
“Pensava-se que era impossível de medir. É tão fraco”, disse Collinson. Na verdade, Collinson e seus colegas tiveram que inventar um instrumento, um espectrômetro de fotoelétrons, para medir o campo fraco.
Viajando de barco por 17 horas, a equipe dirigiu-se a um local chamado Svalbard e lançou um pequeno foguete - batizado de Endurance, em homenagem ao famoso navio antártico da década de 1910 - para voar brevemente no espaço e coletar dados em tempo real com o novo instrumento. Svalbard, um arquipélago entre a Noruega e o Polo Norte, foi o local ideal porque os cientistas de foguetes podem lançar diretamente no vento polar.
O espectrômetro do foguete registrou uma pequena alteração de 0,55 volts a 477 milhas de altura. Meio volt parece pouco, mas pode lançar um átomo leve ao espaço. Para um átomo de hidrogênio, a atração para cima desse campo elétrico é 10,6 vezes mais forte do que a atração da gravidade para baixo, disse Alex Glocer, físico da Nasa e coautor do estudo.
As partículas mais pesadas também são levantadas, mas a força não é suficiente para enviá-las completamente ao espaço por si só. Glocer disse que os átomos de oxigênio mais pesados precisam de um empurrão muito maior - cerca de 10 elétron-volts de energia - para serem levados ao espaço. Mas esse campo elétrico “prepara a bomba” e eleva os átomos de oxigênio mais alto na atmosfera, onde outros processos podem terminar de catapultá-los para o espaço.
“O que é mais surpreendente é o fato de o campo ser tão pequeno e, ao mesmo tempo, ser capaz de conduzir esses processos globais”, disse Derek Schaeffer, professor de física de plasma da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que não participou do estudo.
O físico espacial Philippe Escoubet, também não envolvido no estudo, disse que “esses resultados são fantásticos” e mostram grandes avanços na tecnologia moderna para medir campos elétricos tão pequenos em alta resolução.
‘Diferente de qualquer campo elétrico’
A Terra tem muitos campos elétricos, mas o recém-descoberto é “diferente de qualquer outro campo elétrico que você já encontrou no seu dia a dia”, disse Collinson.
Ele é chamado de campo ambipolar e começa a cerca de 150 milhas acima de nós, explicou ele. O sol incide sobre um átomo e quebra um elétron, separando o elétron negativo do íon positivo, embora eles ainda sejam atraídos um pelo outro.
Os elétrons são leves e escapariam sozinhos para o espaço, mas a gravidade puxa com mais força o íon positivo mais pesado, disse Collinson. O elétron tenta se afastar, mas uma força elétrica se forma entre os dois para impedir a separação - como um cachorro puxando a coleira. Esse campo elétrico está puxando em ambas as direções, ou seja, é ambipolar, explicou a Nasa.
Collinson disse que “todas essas pequenas, minúsculas, minúsculas coleiras elétricas” somam-se a esse potencial de meio volts no fundo. O efeito líquido do campo elétrico eleva os íons para que escapem para o espaço como parte do vento solar.
Leia Também:
Para onde vão as partículas?
À medida que as partículas são levantadas de nossa atmosfera, algumas fazem uma viagem só de ida para o espaço. Outras encontram seu caminho de volta.
Os modelos mostram que nosso campo magnético pode prender essas partículas e empurrá-las de volta para a Terra, disse Escoubet. Por exemplo, as partículas podem se precipitar através das exibições da dança da aurora boreal.
“Algumas das partículas voltam, mas não sabemos exatamente qual é a proporção de retorno”, disse Escoubet. “Isso é mais difícil de medir.”
Outras vezes, elas podem permanecer na bolha protetora da Terra chamada magnetosfera, onde podem afetar as tempestades que chegam do sol, disse ele. Os íons de hidrogênio extras, por exemplo, poderiam amortecer os efeitos de uma tempestade solar que interage com a Terra. Isso seria uma boa notícia para nossos sistemas de energia na superfície, que podem ser sacudidos pelo influxo de partículas solares, mas também poderia diminuir os avistamentos de auroras.
“Saber exatamente como é esse campo é importante para simular corretamente esses processos em computadores, o que, por sua vez, é uma das principais maneiras de prever o clima espacial”, disse Schaeffer.
A perda de um número excessivo de partículas pode afetar a Terra de outras formas, como ocorre em outros planetas. As 90 toneladas de material que escapam da atmosfera superior da Terra todos os dias para o espaço não são muito, mas podem se acumular com o tempo, disse Escoubet, gerente da missão Cluster que estudou o vento polar.
Por exemplo, o outrora próspero Marte agora tem uma atmosfera fina e, até onde sabemos, não sustenta a vida. Espera-se que qualquer planeta ou lua com uma atmosfera tenha esse campo elétrico ambipolar, que pode dar pistas sobre a evolução do planeta.
A Terra talvez não corra o risco de perder sua atmosfera durante nossa vida, mas Collinson disse que a descoberta pode nos ajudar a entender o que torna a vida possível em nosso planeta.
“É inquestionável que ela teve um impacto na evolução de nossa atmosfera, mas ainda não posso dizer qual é esse impacto”, disse ele. “Só queremos a resposta agora, mas acabamos de descobri-la.”