Visualização dos cinturões de radiação com partículas carregadas confinadas (azul e amarelo) e limite de pausa plasma (superfície azul-verde). Crédito: NASA/Goddard

É um fato bem conhecido que a camada de ozônio da Terra nos protege de uma grande quantidade de radiação ultravioleta do sol. Se não fosse por essa barreira protetora ao redor de nosso planeta, as chances são de que nossa superfície seria semelhante à paisagem áspera e sem vida observada em Marte. Para além desta barreira, há outras – uma série de escudos formados por uma camada de partículas energéticas carregadas que são mantidos no lugar pelo campo magnético da Terra. Conhecido como cinturão de radiação de Van Allen, este muro impede os elétrons mais rápidos e mais energéticos de chegarem à Terra.
E, de acordo com nova pesquisa das sondas de Van Allen da NASA, agora parece que esses cintos podem ser quase impenetráveis, uma descoberta que poderia ter sérias implicações para a futura exploração do espaço e pesquisa.

A existência de um cinturão de partículas carregadas capturadas pela magnetosfera da Terra tem sido objeto de pesquisa desde o início do século 20. No entanto, foi somente em 1958 que as naves espaciais Explorer 1 e Explorer 3 confirmaram a existência do cinto, que passaria então a ser estudado pelas missões Explorer 4, Pioneer 3, e Luna 1.
Desde aquela época, os cientistas descobriram muito sobre este cinto, incluindo a forma como ele interage com outros campos ao redor de nosso planeta para formar uma barreira quase impenetrável para elétrons de entrada.

Esta descoberta foi feita usando a sondas Van Allen da NASA, lançadas em agosto de 2012 para estudar a região. De acordo com as observações obtidas pelas sondas, esta região pode aumentar e diminuir em resposta a energia recebida do sol, às vezes, inchando o suficiente para expor satélites em órbita baixa da Terra à radiação prejudicial.

Esta barreira para os elétrons ultrarrápidos é uma característica marcante dos cintos, disse Dan Baker, cientista espacial na Universidade do Colorado em Boulder e primeiro autor do artigo. Somos capazes de estudá-lo pela primeira vez, porque nunca tivemos tais medições precisas desses elétrons de alta energia antes.

Entender o que há nos cinturões de radiação e sua forma pode afetar a maneira como eles incham ou encolhem, ajudando aos cientistas prever o aparecimento dessas alterações. Tais previsões podem ajudar os cientistas a proteger satélites na área da radiação.

Nas décadas desde que foram detectados pela primeira vez, os cientistas descobriram que o tamanho das duas correias pode mudar – ou fundir, ou mesmo separar em três cinturões ocasionalmente. Mas geralmente os trechos do cinturão interno de 644 km a 10.000 km (400 – 6.000 km) acima da superfície da Terra, enquanto os trechos do cinturão externo de 13.500 a 58,000 km (8.400 – 36.000 km).
Até agora, os cientistas se perguntam por que esses dois cintos existem separadamente. Ora, eles questionam, existe um espaço quase vazio entre os dois que parece estar livre de elétrons? É aí que a barreira recém-descoberto entra.

Representação artística das sondas Van Allen A e B na órbita da Terra. Crédito: NASA

Os dados das Sondas de Van Allen mostraram que o bordo interior da cinta exterior é, de fato, altamente pronunciada. Para os mais rápidos elétrons de maior energia, essa margem é uma fronteira nítida que, em circunstâncias normais, não pode ser penetrada.

Quando você olha para os elétrons realmente energéticos, eles só podem vir para dentro de uma determinada distância da Terra”, disse Shri Kanekal, o cientista-adjunto da missão para as sondas de Van Allen no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e um coautor do artigo da Nature. “Isso é completamente novo. Nós certamente não esperávamos por isso.

A equipe analisou as possíveis causas. Eles determinaram que as transmissões humanas geradas não foram a causa da barreira. Eles também analisaram as causas físicas, perguntando se a forma do campo magnético da Terra poderia ser a causa do limite. No entanto, os cientistas da NASA eliminaram essa possibilidade e determinaram que a presença de outras partículas espaciais parece ser a causa mais provável.
Os cinturões de radiação não são as únicas estruturas de partículas ao redor da Terra. A gigantesca nuvem de partículas relativamente frias e carregadas, chamadas plasmasphera (esferas de plasma) enchem a região mais externa da atmosfera da Terra, começando a cerca de 600 quilômetros de altura e se estendem parcialmente para o exterior do cinturão de Van Allen. As partículas no limite exterior das camadas causam a plasmasphera no cinto de radiação externo para dispersar, removê-los da correia. Este efeito de dispersão é bastante fraco e pode não ser suficiente para manter os elétrons na fronteira no lugar, exceto por um capricho da geometria – os elétrons do cinturão de radiação movem-se incrivelmente rápidos, mas não em direção à Terra. Em vez disso, eles se movem em círculos gigantes em torno da Terra.

Os dados das Sondas de Van Allen mostram que, no sentido em direção à Terra, os elétrons mais energéticos têm pouco movimento – apenas uma tração suave e lenta que ocorre ao longo de meses. Este movimento é lento e fraco podendo ser repelido pela dispersão causada pela plasmasphera.
Isso também ajuda a explicar por que – sob condições extremas, quando um vento solar especialmente forte ou uma erupção solar gigante como uma ejeção de massa coronal, envia nuvens de material no espaço próximo à Terra – os elétrons do cinturão externo podem ser empurrados para dentro do lugar – região vazia entre as correias.

Uma nuvem fria, carregada de gás em torno da Terra chamada plasmasphere (visto aqui em turquesa), interage com as partículas em cinturões de radiação da Terra (mostrado em cinza). Crédito da imagem: NASA/Goddard

A dispersão devido à plasmasphera é forte o suficiente para criar uma parede na borda interna do exterior do cinto de Van Allen, disse Baker. Mas em função de um vento solar forte, faz com que o limite dessa esfera de plasma se mova para dentro.

A entrada maciça de matéria do sol pode corroer a esfera de plasma exterior, movendo-se para dentro de suas fronteiras e permitindo aos elétrons dos cinturões de radiação do espaço se movimentar mais para dentro também.

O Johns Hopkins Laboratório de Física Aplicada em Laurel, Maryland, construiu e opera as Sondas de Van Allen para os diretórios de missões científicas da Nasa. A missão é a segunda em vigência pela NASA com um programa estelar, gerenciado pelo Goddard.

Um artigo sobre estes resultados apareceu em 26 de novembro de 2014, na edição da revista Nature. E não se esqueça de assistir a este vídeo de animação produzido pelo Centro Espacial Goddard, que explica o cinturão de Van Allen:

Créditos: NASA Goddard

Créditos: Universetoday