Explosões cósmicas

Esquema ilustrativo da reconexão magnética no Sol.[Imagem: Rhessi]

A reconexão magnética parece ser a forma favorita do Universo para fazer as coisas explodirem. Ela ocorre em qualquer lugar onde campos magnéticos permeiam o espaço - vale dizer, praticamente em todos os lugares.

No Sol, a reconexão magnética cria erupções com potências equivalentes a um bilhão de bombas atômicas. Na atmosfera da Terra, ela alimenta as tempestades magnéticas e as auroras. Nos laboratórios, ela causa grandes problemas nos reatores e fusão. Ela está por toda parte.

O que é reconexão magnética?

E há um problema adicional: os cientistas não conseguem explicar exatamente o que é a reconexão magnética.

O básico é bastante simples. Linhas de força magnéticas cruzam-se, cancelam-se, reconectam e... Bum! A energia magnética é liberada na forma de calor e de energia cinética em partículas carregadas.

Mas como? Como esse simples ato de cruzar linhas de campos magnéticos disparam essas explosões tão ferozes?

"Algo muito interessante e fundamental acontece que nós realmente não entendemos. Pelo menos não em nossos experimentos de laboratório e em nossas simulações de computador," diz Melvyn Goldstein, chefe do Laboratório de Geofísica Espacial da NASA.

Missão Magnetosférica Multiescala

Conceito artístico das quatro sondas espaciais da missão MMS voando ao redor da Terra. [Imagem: NASA]

É por isto que a NASA está se preparando para lançar uma missão que vai tentar ir na base desse mistério. Ela é chamada MMS, uma sigla para Missão Magnetosférica Multiescala.

Serão quatro sondas espaciais que irão voar através da magnetosfera terrestre para estudar a reconexão magnética em ação. A missão acaba de ser aprovada para implementação, depois de ter passado pela revisão de projeto. Isto significa que as quatro espaçonaves vão começar a ser construídas.

"A magnetosfera da Terra é um laboratório natural maravilhoso para estudar a reconexão," diz Jim Burch, cientista-chefe da missão. "Ela é grande, espaçosa e a reconexão acontece lá o tempo todo, praticamente sem interrupção."

Portais magnéticos

Nas camadas externas da magnetosfera, onde os campos magnéticos da Terra encontram o vento solar, os eventos de reconexão criam "portais" magnéticos temporários conectando a Terra ao Sol. No interior da magnetosfera, em uma longa estrutura chamada "cauda magnética," a reconexão impulsiona nuvens de plasma de alta energia em direção à Terra, disparando as auroras. Há muitos outros exemplos, e a missão MMS irá explorar cada um deles.

Cada observatório tem o formato de um disco, com 3,65 metros de diâmetro e 1,2 metro de altura. Os sensores para monitoramento dos campos eletromagnéticos e partículas carregadas estão sendo construídos em várias universidades e laboratórios dos Estados Unidos. Quando todos os instrumentos estiverem prontos, eles serão integrados no corpo principal de cada uma das sondas, que estão sendo construídos no Centro Espacial Goddard. O lançamento está previsto para 2014, a bordo de um foguete Atlas V.

Problemas da fusão nuclear

Interior de um tokamak, onde o plasma fica confinado sem entrar em contato com as paredes, isolado por um campo magnético. [Imagem: LLNL]

Qualquer nova física que a missão MMS descubra poderá, em última instância, ajudar a aliviar a crise energética aqui na Terra.

"Há muitos anos os pesquisadores têm olhado para a fusão nuclear como uma fonte limpa e abundante de energia para nosso planeta," diz Burch. "Um dos enfoques previstos, a fusão por confinamento magnético, tem mostrado resultados muito promissores com os tokamaks. Mas tem havido problemas com a manutenção do plasma (um gás ionizado extremamente quente) no interior da câmara."

"Um dos principais problemas é a recombinação magnética," continua ele. "Um resultado espetacular da reconexão, e muito perigoso, é conhecido como 'instabilidade dente de serra'. À medida que o calor no tokamak aumenta, a temperatura dos elétrons atinge um pico e então 'quebra' repentinamente para um valor mais baixo, e uma parte do plasma quente escapa. Isto é causado pela reconexão do campo magnético de confinamento."

À luz disso, você poderia supor que os tokamaks seriam um bom lugar para estudar a reconexão magnética. Mas não são, diz Burch. A reconexão em um tokamak acontece em volumes minúsculos, somente com alguns milímetros de largura, tornando-se muito difícil de ser estudada. É praticamente impossível construir sensores pequenos o suficiente para medir a zona de reconexão.

Zona de reconexão

A magnetosfera da Terra é muito melhor. Na bolha magnética expansiva que circunda nosso planeta, o processo se dá em volumes que atingem dezenas de quilômetros de extensão. "Nós podemos mergulhar as espaçonaves em seu interior e fazê-las voar ao seu redor, de forma a dar uma boa olhada no que está acontecendo."

É exatamente isto que a MMS irá fazer: voar diretamente para a zona de reconexão. As sondas serão robustas o suficiente para suportar as energias dos eventos de reconexão que ocorrem na magnetosfera da Terra. Assim, não há nenhum empecilho no caminho de dois anos de descobertas que aguardam a MMS.