Uma pequena mas em evolução no campo magnético da Terra pode causar grandes dores de cabeça para os satélites.

O campo magnético da Terra atua como um escudo protetor ao redor do planeta, repelir e aprisionar partículas carregadas do sol. Mas sobre a América do Sul e o sul do Oceano Atlântico, um ponto excepcionalmente fraco no campo, chamado de Anomalia do Atlântico Sul, ou SAA - permite que essas partículas mergulhem mais perto da superfície do que o normal. A radiação de partículas nesta região pode derrubar os computadores de bordo e interferir na coleta de dados dos satélites que passam por ela - um dos principais motivos pelos quais os cientistas da NASA desejam rastrear e estudar a anomalia.

A anomalia do Atlântico Sul também é de interesse para os cientistas da Terra da NASA que monitoram as mudanças na força do campo magnético lá, tanto para saber como essas mudanças afetam a atmosfera da Terra e como um indicador do que está acontecendo com os campos magnéticos da Terra, nas profundezas do globo.

Atualmente, o SAA não cria impactos visíveis na vida diária na superfície. Contudo, observações e previsões recentes mostram que a região está se expandindo para o oeste e continuando a enfraquecer em intensidade. Também está se dividindo - dados recentes mostram o vale da anomalia, ou região de intensidade de campo mínima, se dividiu em dois lóbulos, criando desafios adicionais para missões de satélite.

Uma série de cientistas da NASA em geomagnética, geofísica, e grupos de pesquisa heliofísica observam e modelam o SAA, para monitorar e prever mudanças futuras - e ajudar a se preparar para os desafios futuros para satélites e humanos no espaço.

É o que está dentro que conta

A anomalia do Atlântico Sul surge de duas características do núcleo da Terra:a inclinação de seu eixo magnético, e o fluxo de metais fundidos em seu núcleo externo.

A Terra é um pouco como um ímã de barra, com pólos norte e sul que representam polaridades magnéticas opostas e linhas de campo magnético invisíveis circundando o planeta entre eles. Mas, ao contrário de um ímã de barra, o campo magnético central não está perfeitamente alinhado com o globo, nem é perfeitamente estável. Isso porque o campo se origina do núcleo externo da Terra:derretido, rico em ferro e em movimento vigoroso, 1.800 milhas abaixo da superfície. Esses metais agitados agem como um grande gerador, chamado de geodinamo, criando correntes elétricas que produzem o campo magnético.

À medida que o movimento central muda com o tempo, devido às condições geodinâmicas complexas dentro do núcleo e no limite com o manto sólido acima, o campo magnético também flutua no espaço e no tempo. Esses processos dinâmicos no núcleo se propagam para o campo magnético ao redor do planeta, gerar o SAA e outros recursos no ambiente próximo à Terra - incluindo a inclinação e a deriva dos pólos magnéticos, que estão se movendo ao longo do tempo. Essas evoluções no campo, que acontecem em uma escala de tempo semelhante à convecção de metais no núcleo externo, fornecer aos cientistas novas pistas para ajudá-los a desvendar a dinâmica central que impulsiona o geodinamo.

"O campo magnético é na verdade uma superposição de campos de muitas fontes atuais, "disse Terry Sabaka, um geofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. Regiões fora da Terra sólida também contribuem para o campo magnético observado. Contudo, ele disse, a maior parte do campo vem do núcleo.

As forças no núcleo e a inclinação do eixo magnético juntas produzem a anomalia, a área de magnetismo mais fraco - permitindo que partículas carregadas presas no campo magnético da Terra mergulhem mais perto da superfície.

O Sol expulsa um fluxo constante de partículas e campos magnéticos conhecidos como vento solar e vastas nuvens de plasma quente e radiação, chamadas de ejeções de massa coronal. Quando este material solar atravessa o espaço e atinge a magnetosfera da Terra, o espaço ocupado pelo campo magnético da Terra, ele pode ficar preso e preso em dois cintos em forma de rosca ao redor do planeta chamados de cintos de Van Allen. Os cinturões impedem as partículas de viajar ao longo das linhas do campo magnético da Terra, continuamente saltando para frente e para trás de um pólo a outro. O cinturão mais interno começa a cerca de 400 milhas da superfície da Terra, que mantém sua radiação de partículas a uma distância saudável da Terra e de seus satélites em órbita.

Contudo, quando uma tempestade particularmente forte de partículas do Sol atinge a Terra, as correias de Van Allen podem ficar altamente energizadas e o campo magnético pode ser deformado, permitindo que as partículas carregadas penetrem na atmosfera.

“A SAA observada também pode ser interpretada como uma consequência do enfraquecimento da dominância do campo dipolar na região, "disse Weijia Kuang, um geofísico e matemático no Laboratório de Geodésia e Geofísica de Goddard. "Mais especificamente, um campo localizado com polaridade invertida cresce fortemente na região SAA, tornando a intensidade do campo muito fraca, mais fraca do que nas regiões vizinhas. "

Um buraco no espaço

Embora a anomalia do Atlântico Sul surja de processos dentro da Terra, tem efeitos que vão muito além da superfície da Terra. A região pode ser perigosa para os satélites em órbita baixa da Terra que viajam por ela. Se um satélite for atingido por um próton de alta energia, ele pode entrar em curto-circuito e causar um evento denominado transtorno de evento único ou SEU. Isso pode fazer com que a função do satélite sofra uma falha temporária ou pode causar danos permanentes se um componente importante for atingido. Para evitar a perda de instrumentos ou um satélite inteiro, os operadores geralmente desligam componentes não essenciais à medida que passam pelo SAA. De fato, O Ionospheric Connection Explorer da NASA viaja regularmente pela região e, portanto, a missão mantém um controle constante sobre a posição da SAA.

A Estação Espacial Internacional, que está na órbita baixa da Terra, também passa pelo SAA. Está bem protegido, e os astronautas estão protegidos contra danos enquanto estiverem dentro. Contudo, a ISS tem outros passageiros afetados pelos níveis de radiação mais altos:Instrumentos como a missão Global Ecosystem Dynamics Investigation, ou GEDI, coletar dados de várias posições fora da ISS. O SAA causa "blips" nos detectores GEDI e reinicializa os painéis de energia do instrumento cerca de uma vez por mês, disse Bryan Blair, o investigador principal adjunto da missão e cientista de instrumentos, e um cientista de instrumentos lidar em Goddard.

“Esses eventos não causam danos ao GEDI, "Blair disse." Os blips do detector são raros em comparação com o número de disparos de laser - cerca de um blip em um milhão de tiros - e o evento de linha de redefinição causa algumas horas de perda de dados, mas isso só acontece a cada mês ou assim. "

Além de medir a força do campo magnético do SAA, Cientistas da NASA também estudaram a radiação de partículas na região com o Solar, Anômalo, e Magnetospheric Particle Explorer, ou SAMPEX - a primeira das missões Small Explorer da NASA, lançado em 1992 e fornecendo observações até 2012. Um estudo, liderada pela heliofísica da NASA Ashley Greeley como parte de sua tese de doutorado, usou duas décadas de dados da SAMPEX para mostrar que o SAA está vagando lenta, mas continuamente na direção noroeste. Os resultados ajudaram a confirmar modelos criados a partir de medições geomagnéticas e mostraram como a localização do SAA muda conforme o campo geomagnético evolui.

"Essas partículas estão intimamente associadas ao campo magnético, que orienta seus movimentos, "disse Shri Kanekal, pesquisador do Laboratório de Física Heliosférica da NASA Goddard. "Portanto, qualquer conhecimento de partículas fornece informações sobre o campo geomagnético também. "

Resultados de Greeley, publicado na revista Space Weather, também foram capazes de fornecer uma imagem clara do tipo e da quantidade de radiação de partículas que os satélites recebem ao passar pelo SAA, que enfatizou a necessidade de monitoramento contínuo na região.

As informações que Greeley e seus colaboradores obtiveram das medições in-situ da SAMPEX também foram úteis para o projeto de satélites. Engenheiros da Órbita Terrestre Baixa, ou LEO, O satélite usou os resultados para projetar sistemas que evitariam que um evento de engate causasse falha ou perda da espaçonave.

Modelando um futuro mais seguro para satélites

Para entender como o SAA está mudando e se preparar para ameaças futuras a satélites e instrumentos, Sabaka, Kuang e seus colegas usam observações e física para contribuir com modelos globais do campo magnético da Terra.

A equipe avalia o estado atual do campo magnético usando dados da constelação de Enxame da Agência Espacial Europeia, missões anteriores de agências em todo o mundo, e medições do solo. A equipe de Sabaka separa os dados de observação para separar sua fonte antes de passá-los para a equipe de Kuang. Eles combinam os dados classificados da equipe de Sabaka com seu modelo de dinâmica central para prever a variação geomagnética secular (mudanças rápidas no campo magnético) no futuro.

Os modelos geodinâmicos são únicos em sua capacidade de usar a física básica para criar previsões para um futuro próximo, disse Andrew Tangborn, um matemático no Laboratório de Geodinâmica Planetária de Goddard.

"Isso é semelhante a como as previsões do tempo são produzidas, mas estamos trabalhando com escalas de tempo muito mais longas, "disse ele." Esta é a diferença fundamental entre o que fazemos em Goddard e a maioria dos outros grupos de pesquisa que modelam as mudanças no campo magnético da Terra. "

Uma dessas aplicações para a qual Sabaka e Kuang contribuíram é o Campo Internacional de Referência Geomagnética, ou IGRF. Usado para uma variedade de pesquisas do núcleo aos limites da atmosfera, o IGRF é uma coleção de modelos candidatos feitos por equipes de pesquisa em todo o mundo que descrevem o campo magnético da Terra e rastreiam como ele muda com o tempo.

"Mesmo que o SAA seja lento, está passando por alguma mudança na morfologia, por isso também é importante que continuemos observando por ter missões contínuas, "Sabaka disse." Porque é isso que nos ajuda a fazer modelos e previsões. "

A mudança da SAA oferece aos pesquisadores novas oportunidades para compreender o núcleo da Terra, e como sua dinâmica influencia outros aspectos do sistema terrestre, disse Kuang. Ao rastrear este "dente" de evolução lenta no campo magnético, os pesquisadores podem entender melhor como nosso planeta está mudando e ajudar a se preparar para um futuro mais seguro para os satélites.