Cientistas encontram campo elétrico há muito procurado na atmosfera da Terra

O campo é fraco, apenas 0,55 volt — aproximadamente a mesma potência de uma bateria de relógio, diz Collinson. Mas é forte o suficiente para controlar a forma e a evolução da alta atmosfera, características que podem ter implicações para a capacidade do nosso planeta de sustentar a vida.

“É essencial para o DNA do nosso planeta”, afirma Collinson, que relatou a nova medição na revista Nature em 28 de agosto.

A existência do campo elétrico ambipolar foi prevista pela primeira vez na década de 1960, no início da era espacial. As primeiras espaçonaves que sobrevoaram os polos da Terra detectaram um fluxo supersônico de partículas carregadas saindo da atmosfera, conhecido como vento polar.

A explicação mais plausível para esse vento rápido seria a presença de um campo elétrico na atmosfera. A ideia é que a luz solar pode arrancar elétrons dos átomos na alta atmosfera. Esses elétrons, com carga negativa, são leves e energéticos o suficiente para escapar para o espaço. Já os íons de oxigênio com carga positiva que ficam para trás são mais pesados e tendem a descer sob a influência da gravidade terrestre.

Mas a atmosfera busca manter-se eletricamente neutra, equilibrando elétrons e íons. O campo elétrico se forma para manter os elétrons ligados aos íons e impedir que escapem.

Uma vez estabelecido, o campo pode agir como um impulso para íons mais leves, como o hidrogênio, dando-lhes energia suficiente para vencer a gravidade da Terra e se afastar como vento polar. Ele também pode puxar íons mais pesados para altitudes maiores do que normalmente alcançariam, onde outras forças podem removê-los para o espaço.

Essa era a hipótese. Mas, até recentemente, não existia tecnologia capaz de detectar esse campo.

“Realmente se achava impossível medir isso”, diz Collinson. “Por ser tão fraco, simplesmente se supunha que nunca seria detectado.”

Collinson percebeu que essa medição nunca havia sido feita quando ele e seus colegas tentaram medir um campo semelhante em Vênus. Ao procurar um artigo que relatasse a intensidade do campo da Terra para comparação, não encontraram nada.

“Descobrimos, curiosamente, que nunca tinha sido medido”, conta ele. “E pensamos: agora é a nossa vez!”

Collinson e seus colegas desenvolveram um novo instrumento chamado espectrômetro de fotoelétrons, projetado especificamente para detectar o campo elétrico. A equipe instalou o instrumento em um foguete chamado Endurance, em homenagem ao navio que levou Ernest Shackleton à Antártida em 1914.

Chegar ao local de lançamento em Svalbard, na Noruega, foi uma jornada digna do nome do foguete. A equipe viajou 17 horas de barco até o arquipélago de Svalbard, localizado a poucas centenas de quilômetros do Polo Norte. Vários membros da equipe contraíram COVID-19 no caminho. E a guerra entre Rússia e Ucrânia havia começado poucos meses antes.

“Na época, havia certo nervosismo em lançar foguetes”, diz Collinson. “Os ursos polares eram o menor dos problemas. Tínhamos guerra e peste.”

Mais dois dias de tempestades mantiveram o Endurance no solo. Quando o foguete finalmente foi lançado, em 11 de maio de 2022, subiu até cerca de 770 quilômetros de altitude, medindo as energias dos elétrons a cada 10 segundos. O voo completo durou 19 minutos. Ao final, o foguete caiu no Mar da Groenlândia.

O Endurance mediu uma diferença de potencial elétrico de 0,55 volt entre altitudes de 248 quilômetros e 768 quilômetros — valor suficiente para explicar sozinho o vento polar, sem necessidade de outros efeitos atmosféricos.

A medição é consistente e empolgante, afirma o cientista planetário David Brain, da Universidade do Colorado em Boulder, que não participou do estudo. No entanto, trata-se de um único conjunto de dados obtido por um foguete. “Esse resultado é realmente significativo e indica que precisamos de mais medições como essa”, diz ele.

Collinson concorda. Ele e seus colegas receberam recentemente aprovação da NASA para lançar um novo foguete — desta vez chamado Resolute, em homenagem a um navio de exploração do Ártico lançado em 1850.

Como o campo elétrico ambipolar ajuda a controlar a velocidade com que a atmosfera de um planeta escapa para o espaço, ele provavelmente desempenha um papel na habitabilidade planetária, diz Collinson. Cientistas acreditam que Marte já foi mais parecido com a Terra, mas perdeu grande parte de sua atmosfera ao longo do tempo. Vênus também pode ter sido muito mais úmido do que é atualmente.

Ambos os planetas também possuem campos elétricos ambipolares, mas talvez estivessem em melhor situação sem eles.

“Se esse processo não existisse em Vênus e Marte, é possível que esses planetas tivessem perdido menos oxigênio e, consequentemente, menos água”, afirma Brain.

O campo elétrico ambipolar da Terra também ajuda a empurrar oxigênio para o espaço. Mas a Terra tem uma vantagem fundamental em relação a Marte e Vênus: um campo magnético global que direciona partículas carregadas ao redor do planeta. “O campo elétrico é o motor que faz as partículas se moverem”, explica Brain. “O campo magnético funciona como o caminho por onde essas partículas se deslocam.” O campo magnético terrestre faz com que o oxigênio escape apenas nas regiões polares, e não em toda a atmosfera. Isso pode ajudar a explicar por que a Terra manteve uma atmosfera habitável por muito mais tempo do que Vênus ou Marte.

“Basicamente, o que torna um planeta habitável envolve muitos fatores”, diz Collinson. “Mas comparar esses diferentes campos de energia em planetas distintos é uma maneira de responder à pergunta: por que a Terra é habitável? Por que estamos aqui?”

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Fonte da imagem: www.sciencenews.org