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É hora de descobrir como o Universo faz as coisas explodirem

É hora de descobrir como o Universo faz as coisas explodirem
Esquema ilustrativo da reconexão magnética no Sol.[Imagem: Rhessi]

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 de computador," diz Melvyn Goldstein, chefe do Laboratório de Geofísica Espacial da NASA.

Missão Magnetosférica Multiescala

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Conceito artístico das quatro sondas espaciais da missão MMS voando ao redor da Terra. [Imagem: NASA]

É por isto que a NASA está se preparando para lançar uma missão que vai tentar ir na base desse mistério. Ela é chamada MMS, uma sigla para Missão Magnetosférica Multiescala.

Serão quatro sondas espaciais que irão voar através da magnetosfera terrestre para estudar a reconexão magnética em ação. A missão acaba de ser aprovada para implementação, depois de ter passado pela revisão de projeto. Isto significa que as quatro espaçonaves vão começar a ser construídas.

"A magnetosfera da Terra é um laboratório natural maravilhoso para estudar a reconexão," diz Jim Burch, cientista-chefe da missão. "Ela é grande, espaçosa e a reconexão acontece lá o tempo todo, praticamente sem interrupção."

Portais magnéticos

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 várias universidades 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

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Interior de um tokamak, onde o plasma fica confinado sem entrar em contato com as paredes, isolado por um campo magnético. [Imagem: LLNL]

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."

"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, você poderia 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.





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