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29 de jul de 2012

A "Reconexão Magnética"


NASA vai procurar portais magnéticos em torno da Terra

As sondas espaciais da Missão Magnetosférica Multiescala (MMS) vão procurar os portais magnéticos que se espalham em torno da Terra.


Portais magnéticos “são regiões de difusão de elétrons”, explica o físico Jack Scudder, pesquisador da Unversidade de Iowa. "São lugares onde o campo magnético da Terra se conecta ao campo magnético do Sol, criando um caminho ininterrupto que conecta nosso próprio planeta à atmosfera do Sol, a 149 milhões de quilômetros de distância”, explica ele.
 
As observações das sondas espaciais Themis, da NASA, e Cluster, da ESA, sugerem que estes portais magnéticos abrem e fecham dezenas de vezes por dia.Estão localizados a algumas dezenas de milhares de quilômetros da Terra, onde o campo geomagnético encontra o vento solar. A maioria dos portais magnéticos é pequena e de curta duração, mas alguns são enormes e sustentados. Toneladas de partículas energéticas podem fluir através das aberturas, aquecendo a atmosfera superior da Terra, causando tempestades geomagnéticas e belíssimas auroras polares.

A Missão constará de quatro sondas voando em formação, dotadas de detectores de partículas energéticas e sensores magnéticos, para tentar rastrear os portais magnéticos e tentar estudá-los.


Apesar de invisíveis e instáveis, os portais magnéticos possuem uma espécie de "poste de sinalização"; segundo o pesquisador, um conjunto de indicadores que aponta seu endereço com precisão.

Os portais se formam através de um processo chamado reconexão magnética, mesclando linhas de força magnéticas do Sol e da Terra, que se cruzam e se juntam para criar as aberturas.

"A súbita junção de campos magnéticos pode impulsionar jatos de partículas carregadas, criando uma região de difusão eletrônica", explica o pesquisador. Usando dados da sonda espacial Polar, que estudou a magnetosfera terrestre nos anos 1990, Scudder conseguiu identificar diversos pontos que nunca haviam sido "vistos", aparentemente porque ninguém havia procurado por eles. "Com os dados da missão Polar, encontramos cinco combinações simples de campos magnéticos e partículas energéticas que nos dizem quando estamos defronte uma região de difusão de elétrons. Uma única nave, com os instrumentos adequados, pode fazer essas medições e encontrar um portal", explica.

Cada uma das sondas da MMS poderá encontrar portais e, tão logo localize um, alertar as outras naves. Como são linhas magnéticas que se estendem pelo espaço, é importante efetuar medições de vários pontos, a fim de compreender a abertura dos portais e como funciona a aceleração das partículas que entram por eles, comparando sua trajetória e velocidade com a trajetória e velocidade de partículas que seguem a rota "normal", fora do portal. A fórmula para calcular o "CEP dos portais magnéticos" também significa que, em vez de ficar anos tentando localizar os portais, a missão MMS poderá começar a estudá-los tão logo chegue ao espaço, o que deverá acontecer em 2014.


Explosões cósmicas
A reconexão magnética parece ser a forma favorita do Universo para fazer as coisas explodirem. Ela ocorre em qualquer lugar onde campos magnéticos permeiam o espaço - vale dizer, praticamente em todos os lugares.
No Sol, a reconexão magnética cria erupções com potências equivalentes a um bilhão de bombas atômicas. Na atmosfera da Terra, ela alimenta as tempestades magnéticas e as auroras. Nos laboratórios, ela causa grandes problemas nos reatores e fusão. Ela está por toda parte.

O que é reconexão magnética?
E há um problema adicional: os cientistas não conseguem explicar exatamente o que é a reconexão magnética. O básico é bastante simples. Linhas de força magnéticas cruzam-se, cancelam-se, reconectam e... Bum! A energia magnética é liberada na forma de calor e de energia cinética em partículas carregadas.Mas como? Como esse simples ato de cruzar linhas de campos magnéticos disparam essas explosões tão ferozes?
"Algo muito interessante e fundamental acontece que nós realmente não entendemos. Pelo menos não em nossos experimentos de laboratório e em nossas simulações", diz Melvyn Goldstein, chefe do Laboratório de Geofísica Espacial da NASA.

Segundo Jim Burch, cientista-chefe da missão, a MMS vai tentar ir na base desse mistério. "A magnetosfera da Terra é um laboratório natural maravilhoso para estudar a reconexão," diz ele. "Ela é grande, espaçosa e a reconexão acontece lá o tempo todo, praticamente sem interrupção."

Nas camadas externas da magnetosfera, onde os campos magnéticos da Terra encontram o vento solar, os eventos de reconexão criam "portais" magnéticos temporários conectando a Terra ao Sol. No interior da magnetosfera, em uma longa estrutura chamada "cauda magnética," a reconexão impulsiona nuvens de plasma de alta energia em direção à Terra, disparando as auroras. Há muitos outros exemplos, e a missão MMS irá explorar cada um deles.


Cada observatório tem o formato de um disco, com 3,65 metros de diâmetro e 1,2 metro de altura. Os sensores para monitoramento dos campos eletromagnéticos e partículas carregadas estão sendo construídos em vários centros universitários e laboratórios dos Estados Unidos. Quando todos os instrumentos estiverem prontos, eles serão integrados no corpo principal de cada uma das sondas, que estão sendo construídos no Centro Espacial Goddard. O lançamento está previsto para 2014, a bordo de um foguete Atlas V.
 
Problemas da fusão nuclear
Qualquer nova física que a missão MMS descubra poderá, em última instância, ajudar a aliviar a crise energética aqui na Terra.

"Há muitos anos os pesquisadores têm olhado para a fusão nuclear como uma fonte limpa e abundante de energia para nosso planeta", diz Burch. "Um dos enfoques previstos, a fusão por confinamento magnético, tem mostrado resultados muito promissores com os tokamaks. Mas tem havido problemas com a manutenção do plasma (um gás ionizado extremamente quente) no interior da câmara".

 Interior de um tokamak, onde o plasma fica confinado sem tocar nas
 paredes, isolado por um campo magnético

"Um dos principais problemas é a recombinação magnética", continua ele. "Um resultado espetacular da reconexão, e muito perigoso, é conhecido como 'instabilidade dente de serra'. À medida que o calor no tokamak aumenta, a temperatura dos elétrons atinge um pico e então 'quebra' repentinamente para um valor mais baixo, e uma parte do plasma quente escapa. Isto é causado pela reconexão do campo magnético de confinamento".

À luz disso, poder-se-ia supor que os tokamaks seriam um bom lugar para estudar a reconexão magnética. Mas não são, diz Burch. A reconexão em um tokamak acontece em volumes minúsculos, somente com alguns milímetros de largura, tornando-se muito difícil de ser estudada. É praticamente impossível construir sensores pequenos o suficiente para medir a zona de reconexão.

Zona de reconexão
A magnetosfera da Terra é muito melhor. Na bolha magnética expansiva que circunda nosso planeta, o processo se dá em volumes que atingem dezenas de quilômetros de extensão. "Nós podemos mergulhar as espaçonaves em seu interior e fazê-las voar ao seu redor, de forma a dar uma boa olhada no que está acontecendo".

É exatamente isto que a MMS irá fazer: voar diretamente para a zona de reconexão. As sondas serão robustas o suficiente para suportar as energias dos eventos de reconexão que ocorrem na magnetosfera da Terra. Assim, não há nenhum empecilho no caminho de dois anos de descobertas que aguardam a MMS.

Fontes: esta, esta e esta

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