A massa está sendo constantemente redistribuída ao redor de nosso planeta, à medida que a atmosfera da Terra, os oceanos e outras massas de água na superfície e sob a superfície derretem, mudam e se agitam. Essa redistribuição em massa altera o centro de gravidade da Terra, que por sua vez acelera e diminui a rotação do planeta – e, portanto, a duração do dia -, bem como altera a orientação de seu eixo de rotação. Essas mudanças na rotação e orientação da Terra ocorrem em escalas de tempo relativamente curtas de dias e semanas e ameaçam a comunicação entre as estações terrestres e as missões em órbita e através do sistema solar.
A ESA está trabalhando em seu próprio algoritmo para prever a orientação da Terra com extrema precisão. Os primeiros testes mostram que o novo algoritmo ESA supera os que são usados atualmente por fornecedores externos, marcando um passo importante para garantir o acesso independente da Europa ao espaço.
As forças em jogo, mudando o dia
Forças gravitacionais externas, predominantemente do sol e da lua, estão constante e previsivelmente agindo em nosso planeta. Enquanto a enorme gravidade do sol mantém a Terra em órbita, o puxão suave da lua, ao longo de bilhões de anos, diminuiu drasticamente sua rotação, aumentando a duração de um dia na Terra.
Quando a Terra se formou pela primeira vez, um dia tinha algo entre seis e oito horas de duração e um ano teria consistido em mais de 1000 amanheceres e entardeceres.
Mais perto de casa, existem forças em jogo que têm efeitos muito mais rápidos e imprevisíveis. Terremotos, ventos atmosféricos, correntes oceânicas e, notavelmente, até a própria atividade humana, todos agem com frequência e de forma imprevisível para redistribuir a massa ao redor do planeta, alterando a velocidade do giro da Terra e a orientação de seu eixo de giro.
Conservação de momentum
A ‘conservação do momento angular’ é uma lei da física que explica por que uma patinadora artística girando com os braços abertos pode repentinamente aumentar sua velocidade puxando os braços em direção ao corpo.
A rotação da Terra também é afetada pela distribuição de peso ao redor do planeta. Os terremotos, notavelmente, aceleram a rotação de nosso planeta em um instante, reorganizando a matéria através da crosta e do manto superior, aumentando de forma pequena, mas não insignificante, a duração do dia.
Em 2011, um terremoto de magnitude 9,0 atingiu o Japão, que tragicamente ceifou milhares de vidas e causou danos incalculáveis. Com duração de seis minutos, também encurtou a duração do dia em 1,8 microssegundos (um microssegundo = um milionésimo de segundo) e mudou a posição do ‘eixo da figura’ da Terra – uma linha imaginária em torno da qual a massa do mundo está equilibrada – em cerca de 17 cm. (O eixo da figura é o eixo de equilíbrio de massa da Terra, enquanto o eixo de rotação oscila em torno dele.)
Efeitos muito maiores também estão ocorrendo, causados por ventos atmosféricos e correntes oceânicas, bem como pelo derretimento de geleiras e calotas polares. Conforme o gelo derrete ou se espalha no oceano, o nível do mar sobe e a massa da Terra é redistribuída de forma que fique mais perto desse eixo central, encurtando a duração do dia.
Essas mudanças não são motivo de preocupação, são imperceptíveis em nosso dia-a-dia. Mas quando se trata de voar uma nave espacial através do espaço profundo, ou manter em sincronia com os satélites em órbita, essas pequenas mudanças podem significar a diferença entre encontrar e perder sua missão.
Mantendo as missões da ESA
Para fazer missões da ESA, a Agência depende dos chamados parâmetros de orientação da Terra (EOPs), que descrevem as irregularidades na rotação do planeta. Se você não os conhece, você tem um problema real.
“Nossas estações terrestres estão em comunicação com espaçonaves interplanetárias a milhões de quilômetros de distância. Elas precisam ser apontadas com extrema precisão para atingir esses objetos relativamente pequenos”, explica Werner Enderle, chefe do Escritório de Apoio à Navegação da ESA com base no Centro de Operações ESOC da Agência em Darmstadt , Alemanha.
“Um grau na Terra equivale a milhares de quilômetros no espaço, então se você não tiver valores precisos para a orientação da Terra, você pode estar muito longe.”
Obter esses parâmetros requer muito trabalho para analisar os efeitos cumulativos do tempo, das mudanças climáticas e da atividade geológica. Como esses sistemas são tão complexos, podemos atualmente calcular as mudanças na orientação da Terra em escalas de tempo relativamente curtas, semanas e meses à frente.
ESA determina a orientação da Terra
Atualmente, esses parâmetros vitais são fornecidos pelo Observatório Naval dos Estados Unidos (UNSO), com base em contribuições de instituições de todo o mundo, incluindo a ESA. No entanto, a ESA está a trabalhar na determinação dos seus próprios valores EOP, garantindo o acesso independente da Europa ao espaço e eliminando a dependência de um fornecedor externo. Estes valores de orientação, calculados por uma equipa do Gabinete de Apoio à Navegação, serão disponibilizados gratuitamente por volta do Outono deste ano.
A ferramenta estima e prevê a orientação e rotação da Terra com até 90 dias de antecedência, usando medições baseadas no espaço de sistemas globais de navegação por satélite (GNSS) e laser de satélite de alcance, entre outros, uma área na qual o escritório tem grande expertise.
“Nosso algoritmo usa condições atmosféricas e climáticas, atividade sísmica, a taxa na qual os níveis do mar estão subindo e o gelo da Terra está derretendo e uma série de outras variáveis, todas as quais interagem de maneiras complexas e difíceis de prever”, explica Erik Schoenemann , Engenheiro de Navegação da ESOC que lidera o projeto.
“É fácil aceitar esses valores como garantidos, mas todas as atividades de voos espaciais dependem deles e muito trabalho é necessário para obtê-los. Estamos muito felizes por agora ter nossa própria fonte de dados, garantindo nossa capacidade de conduzir missões complexas em órbitas diferentes e para receber os dados incríveis que enviam para casa. ”
Até agora, os primeiros testes mostram que o novo algoritmo ESA supera significativamente os atualmente em uso, marcando um passo importante para garantir o acesso independente da Europa ao espaço.
Publicado em 24/03/2021 10h58
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