21 de fevereiro de 2016
Acima
vemos um espetáculo no céu. São as auroras. Frutos da interação do
campo magnético terrestre com as partículas carregadas emitidas pelo
Sol. Desde os primeiros anos escolares, nos é ensinado que a Terra é um
grande ímã. Mas como assim? De onde vem esse magnetismo? Como podemos
percebê-lo? Essas e outras perguntas serão respondidas ao longo desse
texto.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Todos
já brincaram com um ímã, aquele pedaço de metal com o misterioso poder
de atrair coisas, principalmente o ferro. Quando entramos em níveis mais
avançados de estudo, a expressão "campo magnético" vem à tona, mas o
que é um campo magnético? De forma breve e sem entrar em conceitos
puramente acadêmicos, campo magnético é uma região do espaço que está
sujeita aos fenômenos de atração e repulsão provocadas por certos
materiais ditos magnéticos.
O
magnetismo tem sua origem no interior da matéria, nos átomos. Estes são
compostos, primariamente, por um núcleo estático e positivo e por uma
nuvem negativa de elétrons que o rodeia. Pois bem, os cientistas após
séculos intrigados a cerca da origem do poder atrativo de certos metais,
verificaram que o magnetismo surge de cargas elétricas em movimento.
Devemos essa descoberta a Hans Christian Ørsted. Daí foi deduzido
corretamente que os elétrons produzem os fenômenos magnéticos da
matéria.
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Os elétrons ao se moverem produzem um campo magnético
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Então, o que faz um ímã ter "poderes" magnéticos e
sua mão não? Cada elétron produz seu próprio campo magnético, mas na grande
maioria dos corpos estes campos se anulam, pois estão dispostos de maneira
aleatória, mas numa minoria, os elétrons estão "alinhados" e seus
efeitos são somados, com isso todo o material ganha propriedades atrativas ou
repulsivas.
TEORIA DO DÍNAMO
Agora
você está se perguntando: e a Terra? Na escola também nos é ensinado as
camadas internas de nosso planeta. Abaixo da crosta terrestre temos o
manto e mais abaixo o núcleo. O núcleo, na realidade, é formado por duas
partes, o núcleo externo que é líquido e o núcleo interno que é sólido.
O núcleo externo é formado basicamente de ferro e se situa entre 2800
km e 5100 km de profundidade. Aqui nasce o campo magnético terrestre!
O
núcleo externo está submetido a uma imensa pressão, milhões de vezes a
pressão atmosférica que sentimos na superfície e está em contínuo
movimento, além da rotação da Terra, este líquido está em constante
convecção, provocada pelo aquecimento adicional de sua porção inferior
em contato com o quentíssimo núcleo interno. Este fluido superaquecido é
condutor, ou seja, tem cargas elétricas livres e tem um movimento
ordenado. Temos os ingredientes do campo magnético. Esta explicação tem
sido chamada como teoria do dínamo, em referência ao funcionamento do
aparelho de mesmo nome.
Assim, o campo surge mais ou menos alinhado com o eixo de rotação da Terra. Sim, a Terra é um grande ímã.
CARACTERÍSTICAS
CARACTERÍSTICAS
O
campo magnético terrestre tem seus polos quase coincidindo com os polos
geográficos, mas de maneira invertida. Uma inclinação de 11,3° separam
os eixos. Próximo ao polo Norte geográfico temos o polo Sul magnético e
vice-versa. Ver abaixo:
Os polos não são fixos, eles "passeiam", chegando a percorrer alguns quilômetros ao fim de um ano. A intensidade do campo varia de 20 μT até 60 μT, sendo mais intenso próximo aos polos. No espaço o campo vai enfraquecendo a medida que nos afastamos do planeta, mas ainda é percebido mesmo a milhares de quilômetros. A magnetosfera é o nome dado e essa região de influência magnética.
Nessa figura, vemos um esquema da interação da magnetosfera com o vento solar. Percebe-se como ela é achatada no lado da estrela e como é comprida no lado oposto. Graças à magnetosfera, somos protegidos de doses mortais de radiação solar, mas uma fração das partículas ainda conseguem vencer essa barreira pelo ponto fraco, os polos.
Uma situação curiosa que tem sido percebida nos últimos 150 anos, é o enfraquecimento do campo magnético. Calcula-se que o campo atual está cerca de 15% mais fraco em relação à data de sua primeira medição em 1835, fato que tem gerado preocupação em algumas pessoas, pois se o campo sumisse instantaneamente teríamos uma epidemia global de câncer e risco de extinção humana.
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| Esquema representando os polos geográficos e magnéticos |
Os polos não são fixos, eles "passeiam", chegando a percorrer alguns quilômetros ao fim de um ano. A intensidade do campo varia de 20 μT até 60 μT, sendo mais intenso próximo aos polos. No espaço o campo vai enfraquecendo a medida que nos afastamos do planeta, mas ainda é percebido mesmo a milhares de quilômetros. A magnetosfera é o nome dado e essa região de influência magnética.
Nessa figura, vemos um esquema da interação da magnetosfera com o vento solar. Percebe-se como ela é achatada no lado da estrela e como é comprida no lado oposto. Graças à magnetosfera, somos protegidos de doses mortais de radiação solar, mas uma fração das partículas ainda conseguem vencer essa barreira pelo ponto fraco, os polos.
Uma situação curiosa que tem sido percebida nos últimos 150 anos, é o enfraquecimento do campo magnético. Calcula-se que o campo atual está cerca de 15% mais fraco em relação à data de sua primeira medição em 1835, fato que tem gerado preocupação em algumas pessoas, pois se o campo sumisse instantaneamente teríamos uma epidemia global de câncer e risco de extinção humana.
E
tem mais, estudos de rochas vulcânicas têm mostrado que o campo
magnético sofreu cerca de 170 inversões de polaridade nos últimos 100
milhões de anos. Ou seja, os polos simplesmente trocaram de lugar.
Simulações em laboratórios têm revelado que o campo sofre
enfraquecimento quando está para sofrer inversão. Estaríamos prestes a
iniciar uma inversão?
Não há um período definido para a inversão, são aleatórias e nosso estado atual já se mantém a mais de 780 mil anos. Alguns estudiosos não temem o enfraquecimento e a inversão do campo, afirmam que a vida existe a milhões de anos e que nenhum dos fenômenos de extinção esteve relacionado às mudanças magnéticas, dizem que, para o ser humano, o maior problema será reformular os sistemas de navegação que dependam do campo.
PERCEBENDO O CAMPO MAGNÉTICO
O campo é invisível, mas a presença dele se mostra por seus efeitos. Mais do que a simples bússola, importantes fenômenos são associados ao campo.
Como dissemos acima, a magnetosfera nos protege de boa parte das partículas carregadas do Sol, mas nas duas regiões polares elas encontram um caminho mais livre para a Terra. Ao atingirem a alta atmosfera os elétrons energéticos colidem com os átomos fazendo-os ficar instáveis. E frações de segundo depois o átomo libera essa energia extra na forma de luz, são as auroras. As cores das auroras dependem do gás, o oxigênio das altas camadas produz luz verde, já o nitrogênio é associado ao vermelho. Abaixo uma aurora austral na Nova Zelândia.
Outro efeito visível são as migrações das aves, onde muitas delas utilizam o campo magnético terrestre para se orientarem numa jornada de centenas e até milhares de quilômetros. Tal fato foi comprovado, ao se expor as aves a campos artificiais aleatórios, percebeu-se que ficaram desorientadas.
CAMPO MAGNÉTICO EM OUTROS PLANETAS
Além da Terra e, claro do Sol, outros planetas do Sistema Solar possuem campo magnético. O destaque é para Júpiter. Seu campo é cerca de 12 vezes mais intenso que o da Terra, o momento magnético é 18 mil vezes maior. Enquanto na Terra o campo é formado pelas correntes convectivas de ferro líquido, em Júpiter temos hidrogênio metálico como gerador do campo.
A magnetosfera jupiteriano é tão enorme que caberia o sol inteiro dentro dela. O lado oposto ao Sol, assim como na Terra, é mais esticado devido a ação do vento solar, mas lá atinge dimensões colossais ultrapassando a órbita de Saturno. Júpiter também apresenta os fenômenos das auroras, inclusive são mais constantes que aqui, ver abaixo.
O pequeno Mercúrio também possui um campo magnético,
que apesar de ser apenas 1,1% da força do terrestre, é suficiente para
defletir o vento solar. Lá não tem atmosfera consistente, logo não há
formação de auroras, no entanto, Mercúrio, segundo informações enviadas
pela sonda Messenger, ostenta o título de mais antigo campo magnético
em atividade no Sistema Solar com 3,9 bilhões de anos de funcionamento.
Vênus não tem campo magnético produzido por forças interiores (dínamo), o fraco magnetismo do planeta decorre da interação das altas nuvens com o vento solar.
Saturno também tem um campo magnético semelhante ao de Júpiter, pois tem origem no efeito dínamo do hidrogênio metálico em seu interior.
Urano e Netuno também têm campos magnéticos, mas o que chama atenção é o fato que em Netuno seu campo é formado por quatro e até oito polos magnéticos (quadrupolo e octopolo), de forças intensas, tal fato ocorre também em Júpiter, mas com os "polos extras" de baixa intensidade em relação ao principal N - S.
Em Marte, não foi detectado campo magnético global. Mas verificou-se que partes da crosta marciana composta por elementos férricos possui traços magnéticos, indicando que em algum momento do passado, já foram expostas a um campo considerável. Esse paleomagnetismo pode indicar também que no passado Marte teve movimentos tectônicos, como ainda ocorre na Terra hoje.
Não há um período definido para a inversão, são aleatórias e nosso estado atual já se mantém a mais de 780 mil anos. Alguns estudiosos não temem o enfraquecimento e a inversão do campo, afirmam que a vida existe a milhões de anos e que nenhum dos fenômenos de extinção esteve relacionado às mudanças magnéticas, dizem que, para o ser humano, o maior problema será reformular os sistemas de navegação que dependam do campo.
PERCEBENDO O CAMPO MAGNÉTICO
O campo é invisível, mas a presença dele se mostra por seus efeitos. Mais do que a simples bússola, importantes fenômenos são associados ao campo.
Como dissemos acima, a magnetosfera nos protege de boa parte das partículas carregadas do Sol, mas nas duas regiões polares elas encontram um caminho mais livre para a Terra. Ao atingirem a alta atmosfera os elétrons energéticos colidem com os átomos fazendo-os ficar instáveis. E frações de segundo depois o átomo libera essa energia extra na forma de luz, são as auroras. As cores das auroras dependem do gás, o oxigênio das altas camadas produz luz verde, já o nitrogênio é associado ao vermelho. Abaixo uma aurora austral na Nova Zelândia.
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| Aurora vista da Estação Espacial Internacional |
Outro efeito visível são as migrações das aves, onde muitas delas utilizam o campo magnético terrestre para se orientarem numa jornada de centenas e até milhares de quilômetros. Tal fato foi comprovado, ao se expor as aves a campos artificiais aleatórios, percebeu-se que ficaram desorientadas.
CAMPO MAGNÉTICO EM OUTROS PLANETAS
Além da Terra e, claro do Sol, outros planetas do Sistema Solar possuem campo magnético. O destaque é para Júpiter. Seu campo é cerca de 12 vezes mais intenso que o da Terra, o momento magnético é 18 mil vezes maior. Enquanto na Terra o campo é formado pelas correntes convectivas de ferro líquido, em Júpiter temos hidrogênio metálico como gerador do campo.
A magnetosfera jupiteriano é tão enorme que caberia o sol inteiro dentro dela. O lado oposto ao Sol, assim como na Terra, é mais esticado devido a ação do vento solar, mas lá atinge dimensões colossais ultrapassando a órbita de Saturno. Júpiter também apresenta os fenômenos das auroras, inclusive são mais constantes que aqui, ver abaixo.
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| Aurora em Júpiter, no canto esquerdo a influência de Io |
Vênus não tem campo magnético produzido por forças interiores (dínamo), o fraco magnetismo do planeta decorre da interação das altas nuvens com o vento solar.
Saturno também tem um campo magnético semelhante ao de Júpiter, pois tem origem no efeito dínamo do hidrogênio metálico em seu interior.
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| Sequência de imagens capturadas pelo Telescópio Hubble, vê-se a aurora em Saturno |
Urano e Netuno também têm campos magnéticos, mas o que chama atenção é o fato que em Netuno seu campo é formado por quatro e até oito polos magnéticos (quadrupolo e octopolo), de forças intensas, tal fato ocorre também em Júpiter, mas com os "polos extras" de baixa intensidade em relação ao principal N - S.
Em Marte, não foi detectado campo magnético global. Mas verificou-se que partes da crosta marciana composta por elementos férricos possui traços magnéticos, indicando que em algum momento do passado, já foram expostas a um campo considerável. Esse paleomagnetismo pode indicar também que no passado Marte teve movimentos tectônicos, como ainda ocorre na Terra hoje.
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