Desde que as primeiras naves espaciais começaram a sobrevoar a Terra, um grupo de cientistas descreveu, em 1968, um inexplicável vento supersônico de partículas “vazando” da atmosfera terrestre. Considerado um terceiro campo de energia elétrica, além do troposférico e do ionosférico, o fenômeno foi chamado de campo ambipolar, pois contraria a gravidade e expulsa partículas para o espaço, acima dos polos.
No entanto, apesar de amplamente teorizado e ter sua existência inferida, ainda havia um grande desafio prático: medir diretamente esse campo elétrico na alta atmosfera da Terra, um ambiente de natureza tênue localizado em condições extremas.
Agora, uma equipe internacional de cientistas usou as observações de um foguete suborbital da missão Endurance da NASA para medir com sucesso, pela primeira vez, a força do campo ambipolar: uma mudança no potencial elétrico de 0,55 volts.
Como funciona o campo elétrico ambipolar?
Teoricamente, o campo ambipolar começa na ionosfera, uma camada da atmosfera que fica entre 80 km a 1000 km de altitude. Em uma camada a 250 km, a radiação ultravioleta e solar extrema ioniza os átomos atmosféricos, ou seja, remove os elétrons negativos dos átomos, que se transforma em um íon positivo.
Mais leves, os elétrons livres tentarão voar para o espaço, mas os íons mais pesados tenderão a afundar em direção ao solo. Esse ambiente etéreo de plasma onde essa “dança” se desenvolve tenta, por sua vez, manter a neutralidade da carga, o que faz surgir um campo elétrico para equilibrar os elétrons livres e os íons.
O campo é chamado de ambipolar porque os íons fazem uma atração para baixo e os elétrons, para cima. Como em um balão de ar quente, a radiação solar aquece a atmosfera e ela “infla”, devido à elevação da energia cinética entre os movimentos diferentes das partículas. Com isso, a distância até o topo da atmosfera (exosfera) aumenta, diminuindo a influência da gravidade nas partículas mais altas, e os íons escapam pelos polos.
Como os cientistas mediram o “novo” campo elétrico?
A missão Endurance da NASA usou foguetes de sondagem lançados do Polo Norte.Fonte: NASA
Como já se sabia que o campo ambipolar seria muito fraco, a NASA lançou sua missão Endurance visando estudar os processos que levam ao escape atmosférico. Foi com dados desses foguetes de sondagem, lançados do Centro de Testes de Mísseis de Andøya, na Noruega, que a equipe liderada pelo astrônomo Glyn Collinson, do Centro de Voos Espaciais Goddard, conseguiu medir a mudança no potencial elétrico do campo ambipolar.
“Meio volt é quase nada: é tão forte quanto uma bateria de relógio”, afirmou Collinson. “Mas essa é a quantidade certa para explicar o vento polar”, concluiu.
Apesar de extremamente baixa, a carga é suficiente para impulsionar íons de hidrogênio com uma força equivalente a até 10,6 vezes a da gravidade, lançando-os no espaço com velocidades supersônicas, medidas em ambos os polos da Terra.
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