A primeira hipótese foi formulada há mais de 60 anos, campo elétrico ambipolar é um dos principais impulsionadores do vento polar, um fluxo constante de partículas carregadas para o espaço que ocorre acima dos polos da Terra. Este campo elétrico eleva partículas carregadas em nossa atmosfera superior a alturas maiores do que elas alcançariam de outra forma e pode ter moldado a evolução do nosso planeta de maneiras ainda a serem exploradas.
Collinson e outros. relatam a existência de uma queda de potencial elétrico de +0,55 ± 0,09 V entre 250 km e 768 km de um campo eletrostático planetário gerado exclusivamente pela pressão externa de elétrons ionosféricos; eles demonstram experimentalmente que o campo ambipolar da Terra controla a estrutura da ionosfera polar, aumentando a altura da escala em 271%. Crédito da imagem: NASA.
Desde a década de 1960, naves espaciais que sobrevoam os polos da Terra detectam um fluxo de partículas fluindo da nossa atmosfera para o espaço.
Teóricos previram esse fluxo, que eles apelidaram de vento polar, estimulando pesquisas para entender suas causas.
Alguma quantidade de fluxo de saída da nossa atmosfera era esperada. Luz solar intensa e não filtrada deveria fazer com que algumas partículas do nosso ar escapassem para o espaço, como vapor evaporando de uma panela de água. Mas o vento polar observado era mais misterioso.
Muitas partículas dentro dele eram frias, sem sinais de terem sido aquecidas — mas estavam viajando em velocidades supersônicas.
“Algo tinha que estar atraindo essas partículas para fora da atmosfera”, disse o pesquisador principal do Endurance, Dr. Glyn Collinson, pesquisador do Goddard Space Flight Center da NASA.
Esperava-se que o campo elétrico hipotético, gerado na escala subatômica, fosse incrivelmente fraco, com seus efeitos sentidos apenas a centenas de quilômetros de distância.
Durante décadas, detectá-lo estava além dos limites da tecnologia existente.
Em 2016, o Dr. Collinson e seus colegas começaram a trabalhar na invenção de um novo instrumento que eles achavam que seria capaz de medir o campo ambipolar da Terra.
Os instrumentos e ideias da equipe eram mais adequados para um voo de foguete suborbital lançado do Ártico.
Em uma homenagem ao navio que transportou Ernest Shackleton em sua famosa viagem de 1914 à Antártida, os pesquisadores batizaram sua missão de Resistência.
Eles definiram um curso para Svalbard, um arquipélago norueguês a apenas algumas centenas de quilômetros do polo norte e lar do campo de foguetes mais setentrional do mundo.
“Svalbard é o único campo de foguetes do mundo onde você pode voar através do vento polar e fazer as medições de que precisávamos”, disse a Dra. Suzie Imber, física espacial da Universidade de Leicester.
Em 11 de maio de 2022, o Endurance foi lançado e atingiu uma altitude de 768,03 km (477,23 milhas), caindo 19 minutos depois no Mar da Groenlândia.
Na faixa de altitude de 518,2 km (322 milhas) onde coletou dados, o Endurance mediu uma mudança no potencial elétrico de apenas 0,55 volts (V).
“Meio volt é quase nada — é apenas tão forte quanto uma bateria de relógio. Mas é a quantidade certa para explicar o vento polar”, disse o Dr. Collinson.
Os íons de hidrogênio, o tipo mais abundante de partícula no vento polar, sofrem uma força externa desse campo 10,6 vezes mais forte que a gravidade.
“Isso é mais do que suficiente para contrariar a gravidade – na verdade, é o suficiente para lançá-los para o espaço em velocidades supersônicas”, disse o cientista do projeto Endurance, Dr. Alex Glocer, pesquisador do Goddard Space Flight Center da NASA.
Partículas mais pesadas também recebem um impulso. Íons de oxigênio na mesma altitude, imersos nesse campo de meio volt, pesam metade.
Em geral, os cientistas descobriram que o campo ambipolar aumenta o que é conhecido como altura de escala da ionosfera em 271%, o que significa que a ionosfera permanece mais densa em alturas maiores do que seria sem ele.
“É como uma correia transportadora, elevando a atmosfera para o espaço”, disse o Dr. Collinson.
A descoberta do Endurance abriu muitos novos caminhos para exploração.
O campo ambipolar, como um campo de energia fundamental do nosso planeta, juntamente com a gravidade e o magnetismo, pode ter moldado continuamente a evolução da nossa atmosfera de maneiras que agora podemos começar a explorar.
Como é criado pela dinâmica interna de uma atmosfera, espera-se que campos elétricos semelhantes existam em outros planetas, incluindo Vênus e Marte.
“Qualquer planeta com uma atmosfera deve ter um campo ambipolar. Agora que finalmente o medimos, podemos começar a aprender como ele moldou nosso planeta, assim como outros, ao longo do tempo”, disse o Dr. Collinson.
A equipe resultados aparecer no jornal Natureza.
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GA Collinson e outros. 2024. Campo eletrostático ambipolar da Terra e seu papel na fuga de íons para o espaço. Natureza 632, 1021-1025; dois: 10.1038/s41586-024-07480-3
Este artigo é uma versão de um comunicado de imprensa do Goddard Space Flight Center da NASA.
