NASA procura portais magnéticos em torno da Terra (Sonda Cluster)
Autor: jcnavegador | Publicado: 2012-07-22T15:57:00-07:00

As cinco sondas espaciais da missão MMS vão procurar os portais magnéticos, ou Pontos-X, que se espalham em torno de toda a Terra. Os "portais" estão entre os temas favoritos da ficção científica. Portais seriam aberturas extraordinárias, no espaço ou no tempo, permitindo conectar os viajantes a reinos distantes distantes e inalcançáveis mesmo pelas naves imaginárias das histórias e dos filmes.

Um bom portal seria como um atalho, uma porta para o desconhecido - se eles realmente existissem. Acontece que um tipo especial de portal de fato existe, e um pesquisador da Universidade de Iowa, nos Estados Unidos, financiado pela NASA, acaba de descobrir como encontrá-los. "Nós os chamamos de pontos-X, ou regiões de difusão de elétrons," explica o físico Jack Scudder. "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.

Portais magnéticos
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. Eles 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 NASA já tinha nos planos uma missão, chamada "MMS" (Magnetospheric Multiscale), para estudar o fenômeno. Serão quatro sondas voando em formação, dotadas de detectores de partículas energéticas e sensores magnéticos, para tentar rastrear os portais magnéticos e tentar estudá-los. Mas ainda restava um problema: como encontrar esses portais magnéticos, invisíveis e extremamente fugazes. Foi esse enigma que o Dr. Scudder acabou de solucionar. Agora os cientistas não vão mais ficar procurando a esmo pelos portais magnéticos; eles já sabem exatamente como encontrá-los.

Vemos un Zoom de zona Marte gracias a la sonda Mars Odyssey lanzada en el año 2001 por la NASA y, en particular, a su instrumento THEMIS (THermal EMission Imaging System) podemos disfrutar del mejor mapa de la superficie de Marte publicado a la fecha.
Mapa do portal
Apesar de invisíveis e instáveis, os portais magnéticos possuem uma espécie de "poste de sinalização", segundo o pesquisador, um conjunto de indicadores que indica 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. "Os pontos-X são onde ocorrem os cruzamentos. A súbita junção de campos magnéticos pode impulsionar jatos de partículas carregadas a partir de cada ponto-X, 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-X, que nunca haviam sido "vistos" aparentemente porque ninguém havia procurado por eles. "Usando dados da missão Polar, encontramos cinco combinações simples de campos magnéticos e partículas energéticas que nos dizem quando estamos defronte um ponto-X, ou uma região de difusão de elétrons. Uma única nave, com os instrumentos adequados, pode fazer essas medições e encontrar um portal," explica.

Imagens do Telescópio Hubble da NASA e do Universo: Galáxias; Aglomerados Estelares; Nebulosas; com alguma explicação.
Naves em alerta
Isto significa que cada uma das sondas da constelação MMS poderá encontrar portais e, tão logo localize um, alertar as outras naves da constelação. 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. É um roteiro digno dos melhores portais da ficção científica, só que, neste caso, os portais são reais.
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Engenharia Extraterrestre


Cluster é uma missão espacial não tripulada da Agência Espacial Europeia para investigação da magnetosfera terrestre e sua interação com o vento solar, sendo composta de quatro espaçonaves idênticas voando em um arranjo de tetraedro. Em órbita desde 2000 cada espaçonave possui aproximadamente 1.200 kg e 11 instrumentos. O objetivo da missão é o estudo de processos físicos envolvidos na interação entre o vento solar e a magnetosfera através de observações de regiões como a magnetopausa e a zona de choque em arco. Foi proposta inicialmente em novembro de 1982 em resposta à requisição da ESA para a próxima geração de missões espaciais. Em 4jun1996 foi realizado o lançamento da missão em Kourou por um foguete Ariane-501. O lançador apresentou falhas e a missão não obteve êxito. A ESA decidiu construir um quinto satélite, denominado 'Phoenix', idêntico aos anteriores. Na metade de 1997 a espaçonave estava integrada e testada. Para que os objetivos da missão fossem atingidos, mais três satélites foram construídos. Em 2000 a missão, agora denominada Cluster II, foi lançada por um foguete russo Soyuz. Alguns instrumentos sobressalentes foram utilizados na missão Double Star, primeira exploração espacial com finalidade científica da China.

A espaçonave possui as seguintes características principais:
Diâmetro: 2,9 m / Altura: 1,3 m / Massa Total: 1200 kg
Massa de combustível: 650 kg / Massa da carga paga: 71 kg
Potência dos paineis solares: 224 W
Velocidade Angular: 15 rpm
Vida útil operacional: 27 meses (nominal)
Instrumentos
Cada uma das naves espaciais possui 11 instrumentos, os quais estão listados na tabela abaixo:
Acrônimo - Instrumento (em Inglês) - Medida
ASPOC 
Active Spacecraft Potential Control experiment 
Regulação de cargas elétricas positivas

CIS 
Cluster Ion Spectroscopy experiment 
Análise da composição, massa e distribuição de íons na magnetosfera e no vento solar

DWP 
Digital Wave Processing instrument - Processamento de dados

EDI - Electron Drift Instrument - Medição do campo elétrico e magnético
EFW - Electric Field and Wave experiment - Magnitude e direção do campo elétrico
FGM - Fluxgate Magnetometer - Magnitude e direção do campo magnético

PEACE - Plasma Electron and Current Experiment 
Análise do número, direção e velocidade de elétrons de baixa e média energia na magnetosfera

RAPID - Research with Adaptive Particle Imaging Detectors 
Detecção de íons e elétrons de alta energia

STAFF - Spatio-Temporal Analysis of Field Fluctuation experiment
Análise de variações do campo magnético

WBD - Wide Band Data receiver
Medição do campo elétrico e magnético em determinadas frequências

WHISPER - Waves of High Frequency and Sounder for Probing of Density by Relaxation Concentração de partículas carregadas

Lista Parcial de Resultados
A missão forneceu dados inéditos para a investigação de fenômenos como as auroras, a reconexão magnética e a origem de partículas de alta energia presentes na magnestosfera. A lista abaixo contém, em ordem cronológica, alguns resultados obtidos com os dados da missão Cluster.
2001dez11: Investigação de regiões escuras presentes nas auroras.
2002out1: Visão Telescópica/Microscópica de uma subtempestade.
2002dez29: Verificação do afinamento da lâmina de corrente na magnetosfera.
2003jan29: Bifurcação da lâmina de corrente da magnetocauda.
2003mai20: Verificação da relação entre a aurora de prótons e a reconexão magnética.
2003jun29: Observações multiponto da reconexão magnética.
2004abr5: Estimativa da espessura da zona de choque em arco.
2004mai13: Detecção de uma tríplice cúspide polar como consequência de uma sequência temporal.
2004jun23: Relação entre as oscilações das lâminas de plasma e as subtempestades.
2004ago12: Detecção de vórtices de gás na magnetopausa devido à instabilidade de Kelvin-Helmholtz.
2004set17: Identificada a plasmapausa como fonte de radiação contínua não-termal através de triangulação.
2004nov25: Observações quadriponto das descontinuidades direcionais do vento solar.
2004dez13: Escala espacial de fluxos de alta velocidade na lâmina de plasma.
2005fev4: Observação da topologia do campo magnético de da reconexão magnética na magnetopausa em três dimensões.
2005abr28: Investigação da entrada de vento solar na magnetocauda na presença de campo magnético interplanetário orientado para o norte através da comparação entre simulação da magnetosfera terrestre e dados das naves Cluster.
2005jul28: Primeiras medições da corrente de anel através da aquisição de dados das quatro espaçonaves simultâneamente.
2005ago11: Identificação de microvórtices na cúspide polar norte.
2005set21: Primeiras evidências de rachaduras em uma estrela de nêutrons através de dados da missão Cluster e do satélite TC-2 da missão Double Star.
2005dez22: Hipótese de aceleração de elétrons do cinturão de Van Allen através de ondas de baixa frequência.
2006jan11: Detectada região de reconexão magnética com mais de 2,5 milhões de Km.
2006fev24: Identificação de propriedades tridimensionais da turbulância magnética presente na magnetobainha.
2006mar30: Detecção de oscilações na lâmina neutra com mais de 30.000 km de extensão através dos instrumentos de cinco satélites, sendo 4 da missão Cluster e 1 da missão Double Star.
2006mai19: Novas propriedades microscópicas da reconexão magnética nas regiões de difusão de elétrons.
2006jun20: Lacunas de densidade de íons e lacunas magnéticas observadas no vento solar através dos quatro satélites da missão Cluster e do satélite TC-1 da missão Double Star.
2006jul18: Medição tridimensional do centro de uma reconexão magnética.
2006ago24: Observação da relação entre subtempestades magnéticas e fluxos de plasma de alta velocidade.
2006out3: Observação, juntamente com o satélite TC-1 da missão Double Star, de reconexões magnéticas na magnetopausa, gerando eventos de transferência de fluxo.
2006nov13: Investigadas propriedades de estruturas de grande, médio e pequeno porte nas regiões exteriores da plasmasfera.
2006dez6: Reconexões magnéticas reveladas dentro de vórtices de plasma na magnetosfera.
2006dez29: Milésima órbita da missão Cluster.
2007fev9: Determinação do formato do campo elétrico nas regiões de aurora através de medições de concentração de plasma.
2007mar26: Evidências experimentais de reconexão magnética em plasma turbulento.
2007abr12: Modelo proposto para explicação de subtempestades magnéticas com base nos dados coletados pela missão Cluster.
2007ma11: Natureza dinâmica da zona de choque em arco revelada através de medições de campo magnético, campo elétrico e distribuição de íons.
2007jun29: Testes de resultados teóricos sobre reconexões magnéticas através de medidas tridimensionais.
2007jul26: Participação na coleta de dados para investigação da origem de ondas de ultra baixa frequência.
2007set11: Medições simultâneas de subtempestades pelos quatro satélites da missão Cluster e por duas espaçonaves da missão Double Star.
2007out22: Mapeamento de células de convecção de plasma sobre as calotas polares.
2007nov9: Utilização de medições de campo elétrico para comprovação da lei de Ohm generalizada.
2007nov21: Captura do impacto de Ejeções de massa coronal na magnetosfera.
2007dez6: Identificação de dois feixes de íons simultâneos na magnetocauda.
2008jan23: Estimação do tamanho da região de difusão de elétrons.
2008mar7: Detectada a presença de sólitons na magnetopausa.
2008jun9: Encontradas ondas whistler em um evento de reconexão magnética.
2008jun27: Investigação de características das emissões de rádio provenientes da Terra.
2008ago11: Identificação simultânea de um par de pontos magnéticos nulos.
2008ago27: Avaliação de mecanismo físico de aceleração de íons de oxigênio em direção à magnetocauda.
2008dez5: Comparação entre subtempestades magnéticas da Terra e de Júpiter.
2009jan14: Estimação da quantidade de hidrogênio que escapa naturalmente a cada ano da atmosfera terrestre.
2009mar25: Observação de turbulência na magnetobainha.
2009abr29: Monitoramento do impacto de eventos solares extremos.
2009jul16: Proposta de modelo de aquecimento do vento solar.
2010jan20: Medições simultâneas de reconexões magnéticas pelos quatro satélites da missão Cluster e pelo satélite TC-1 da missão Double Star.
2010mar11: Relação entre Ejeções de massa coronal e o aparecimento de elétrons de alta energia.
2010abr23: Detecção de jatos de plasma de alta velocidade além da zona de choque em arco.
2010jul26: Rastreamento de íons durante tempestades geomagnéticas.
2011jan7: Estudo conjunto das magnetopausas da Terra e de Vênus.
2011fev1: Características da região de aceleração da aurora.
2011jul4: Investigação da aceleração de partículas energéticas na magnetosfera através da observação de jatos de plasma a alta velocidade.
2011set6: Explicação do mecanismo das subtempestades geomagnéticas ultrarrápidas.
2011nov16: Determinação da espessura da zona de choque em arco.
2012mar7: Estudo do fluxo de íons de oxigênio na Terra e em Marte.
2012jun5: Investigação sobre a origem da aceleração de partículas nas cúspides polares.