Gyles Lewis
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Quando Benjamin Franklin amarrou uma chave a uma pipa e voou em uma tempestade com raios, ele brevemente se tornou um eletrodoméstico conectado ao gerador de energia mais potente da Terra.
Franklin sabia, como a maioria das pessoas, que tempestades são incrivelmente poderosas. Os pesquisadores tentaram estimar com precisão como poderosos por mais de um século, mas sempre foram insuficientes - mesmo os sensores aerotransportados mais sofisticados são inadequados porque as nuvens de tempestade são muito grandes e imprevisíveis para medir.
Agora, em um artigo publicado em 15 de março na revista Physical Review Letters, pesquisadores em Ooty, Índia, encontraram uma resposta chocante - graças a uma pequena ajuda de alguns raios cósmicos. [Electric Earth: Stunning Images of Lightning]
Usando uma série de sensores projetados para medir os campos elétricos e a intensidade dos múons - partículas pesadas que chovem constantemente da atmosfera superior da Terra, decaindo conforme passam pela matéria - a equipe mediu a voltagem de uma grande nuvem de tempestade que rolou sobre Ooty por 18 minutos em 1 de dezembro de 2014. Os pesquisadores descobriram que, em média, a nuvem foi carregada com cerca de 1,3 gigavolts de eletricidade, que é 1,3 vezes 10 ^ 9 volts - cerca de 10 milhões de vezes mais voltagem do que é fornecida por uma tomada elétrica típica em América do Norte.
"Isso explica por que as nuvens de tempestade são tão destrutivas", disse o co-autor do estudo Sunil Gupta, pesquisador de raios cósmicos do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental da Índia. "Se você dissipar essa enorme quantidade de energia por meio de qualquer coisa, isso vai causar uma grande devastação."
Está chovendo múons
Gupta e seus colegas estudam principalmente múons - partículas semelhantes a elétrons que são criadas quando os raios cósmicos atingem vários átomos na atmosfera terrestre. Essas partículas têm cerca de metade do spin dos elétrons, mas 200 vezes o peso, e são muito boas para penetrar na matéria. Um múon que chove da atmosfera pode viajar para o fundo do oceano ou quilômetros abaixo da terra em apenas uma fração de segundo, desde que tenha energia suficiente.
Os múons perdem sua energia quando algo fica em seu caminho - digamos, uma pirâmide, por exemplo. No início de 2018, os cientistas descobriram duas câmaras até então desconhecidas dentro da Grande Pirâmide de Gizé, instalando detectores de múons ao redor da estrutura e medindo onde as partículas perdiam (e não perdiam) energia. Os múons que atravessam as paredes de pedra da pirâmide perdem mais energia do que os múons que passam pelas câmaras grandes e vazias. Os resultados permitiram aos pesquisadores criar um novo mapa do interior da pirâmide sem colocar os pés dentro dela.
Gupta e seus colegas usaram um método semelhante para mapear a energia dentro da nuvem de tempestade de Ooty. Em vez de lutar com a pedra, no entanto, múons caindo através da nuvem enfrentaram um campo elétrico turbulento.
"Tempestades têm uma camada com carga positiva na parte superior e uma camada com carga negativa na parte inferior", disse Gupta. "Se um múon com carga positiva atingir a nuvem enquanto chove da alta atmosfera, ele será repelido e perderá energia." [Infográfico: Como funciona o relâmpago]
Usando uma série de sensores de detecção de múons e quatro monitores de campo elétrico espalhados por vários quilômetros, os pesquisadores mediram a queda média de energia entre os múons que passaram pela nuvem de tempestade e aqueles que não passaram por ela. A partir dessa perda de energia, a equipe foi capaz de calcular quanto potencial elétrico as partículas passaram na nuvem de trovão.
Foi enorme.
"Os cientistas estimaram que as nuvens de tempestade poderiam ter potencial de gigavolt na década de 1920", disse Gupta, "mas isso nunca foi provado - até agora."
Mapeando o trovão
Assim que os pesquisadores conheceram o potencial elétrico da nuvem, eles queriam dar um passo adiante e medir precisamente quanta energia a nuvem de tempestade carregava enquanto rugia sobre Ooty.
Usando os dados de seus monitores de campo elétrico amplamente dispersos, a equipe preencheu alguns detalhes importantes sobre a nuvem - ou seja, estava viajando a cerca de 40 mph (60 km / h) a uma altitude de 7 milhas (11,4 quilômetros) acima do nível do mar, tinha uma área estimada de 146 milhas quadradas (380 km quadrados, uma área cerca de seis vezes o tamanho de Manhattan), e atingiu seu potencial elétrico máximo apenas 6 minutos depois de aparecer.
Munidos desse conhecimento, os pesquisadores finalmente conseguiram calcular que a tempestade carregava cerca de 2 gigawatts de potência, tornando esta nuvem única mais poderosa do que as mais poderosas usinas nucleares do mundo, disse Gupta.
"A quantidade de energia armazenada aqui é suficiente para suprir todas as necessidades de energia de uma cidade como Nova York por 26 minutos", disse Gupta. "E se você poderia aproveitá-lo. "
Com a tecnologia atual, essa é uma perspectiva improvável, observou Gupta: A quantidade de energia dissipada por tal tempestade é tão alta que provavelmente derreteria qualquer condutor.
Ainda assim, o potencial violentamente poderoso de tempestades pode ajudar a resolver um mistério cósmico que cientistas como Gupta e seus colegas perguntam há décadas: por que os satélites às vezes detectam raios gama de alta energia saindo da atmosfera da Terra, quando deveriam estar chovendo do espaço?
De acordo com Gupta, se as tempestades podem realmente criar um potencial elétrico maior do que um gigavolt, elas também poderiam acelerar os elétrons com rapidez suficiente para quebrar outros átomos na atmosfera, produzindo flashes de raios gama.
Esta explicação requer mais pesquisas para verificar sua precisão, disse Gupta. Nesse ínterim, certifique-se de se maravilhar com a próxima nuvem de tempestade que você vir, pois é uma força incomensuravelmente poderosa da natureza - e, por favor, pense duas vezes antes de empinar uma pipa.
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Originalmente publicado em .