Campo ambipolar da Terra finalmente é detetado e medido

Um campo de energia invisível e extremamente fraco, envolvendo o planeta Terra, finalmente foi detectado e medido.

Ele recebe o nome de campo ambipolar - um campo elétrico proposto pela primeira vez há mais de 60 anos - e a sua confirmação tende a transformar a forma como estudamos e interpretamos o comportamento e a evolução do nosso mundo, sempre em mudança.

"Qualquer planeta com atmosfera deveria ter um campo ambipolar", diz o astrónomo Glyn Collinson, do Goddard Space Flight Center, da NASA.

"Agora que finalmente o medimos, podemos começar a aprender como ele moldou o nosso planeta, assim como outros, ao longo do tempo."

Campos que rodeiam a Terra

A Terra não é apenas um bloco de matéria parado no espaço. À sua volta, existem vários tipos de campos. Há o campo gravitacional. Sabemos menos sobre a gravidade do que gostaríamos, apesar de ela estar em todo o lado; ainda assim, sem gravidade não haveria planeta. Além disso, é a gravidade que ajuda a manter a atmosfera “assentada” junto à superfície.

Existe também o campo magnético, gerado por material condutor em rotação no interior da Terra, que converte energia cinética num campo magnético que se estende para o espaço. Ele protege o planeta dos efeitos do vento solar e da radiação e também contribui para impedir que a atmosfera seja varrida para longe.

Em 1968, cientistas descreveram um fenómeno que só poderia ser percebido na era espacial. Sondas que passaram sobre os polos da Terra detetaram um vento supersónico de partículas a escapar da atmosfera. A explicação mais plausível era a presença de um terceiro campo de energia - desta vez, elétrico.

"Chama-se campo ambipolar e é um agente do caos. Ele contraria a gravidade e arranca partículas, lançando-as para o espaço", explica Collinson num vídeo.

"Mas nunca tínhamos conseguido medi-lo, porque não tínhamos tecnologia para isso. Então, construímos o foguetão Endurance para ir à procura dessa grande força invisível."

Como o campo ambipolar atua na ionosfera

O funcionamento esperado do campo ambipolar era o seguinte. A partir de cerca de 250 quilómetros de altitude (155 milhas), numa camada da atmosfera chamada ionosfera, a radiação ultravioleta extrema e a radiação solar ionizam átomos atmosféricos: separam eletrões de carga negativa e transformam o átomo num ião de carga positiva.

Por serem muito mais leves, os eletrões tendem a escapar para o espaço, enquanto os iões, mais pesados, tendem a descer na direção do solo. Porém, como o ambiente de plasma procura manter a neutralidade elétrica, surge um campo elétrico entre eletrões e iões, mantendo-os “ligados”.

Ele é chamado de ambipolar porque atua nos dois sentidos: os iões contribuem com uma força para baixo, e os eletrões, com uma força para cima.

O efeito líquido é que a atmosfera fica mais “inflada”; com a altura aumentada, alguns iões conseguem escapar para o espaço - exatamente o que se observa no vento polar.

A missão Endurance e a medição de 0,55 volt

Como esse campo seria extremamente fraco, Collinson e a sua equipa precisaram de desenhar instrumentos capazes de o detetar. A missão Endurance, que levou o experimento a bordo, foi lançada em maio de 2022 e atingiu 768,03 quilómetros de altitude (477,23 milhas) antes de regressar e cair de volta à Terra, trazendo dados obtidos com grande esforço.

E funcionou. Foi registada uma variação no potencial elétrico de apenas 0,55 volt - mas era exatamente o suficiente.

"Meio volt é quase nada - é mais ou menos a força de uma bateria de relógio", afirma Collinson. "Mas é exatamente a quantidade certa para explicar o vento polar."

Essa carga é suficiente para puxar iões de hidrogénio com 10,6 vezes a força da gravidade, lançando-os para o espaço às velocidades supersónicas medidas sobre os polos terrestres.

Iões de oxigénio - mais pesados do que os de hidrogénio - também são elevados a altitudes maiores, aumentando a densidade da ionosfera em grandes alturas em 271 por cento, em comparação com a densidade que ela teria na ausência do campo ambipolar.

Perguntas em aberto sobre a evolução da Terra

Ainda mais empolgante é que isto representa apenas o começo. As implicações mais amplas do campo ambipolar continuam desconhecidas: há quanto tempo ele existe, que outros efeitos produz e de que forma pode ter influenciado a evolução do planeta e da sua atmosfera - e, possivelmente, até a vida na superfície.

"Esse campo é uma parte fundamental do funcionamento da Terra", diz Collinson. "E agora que finalmente o medimos, podemos de facto começar a fazer algumas dessas perguntas maiores e empolgantes."

A pesquisa foi publicada na Nature.