CLOUD: como é que os raios cósmicos influenciam o clima na Terra?

A pergunta foi lançada na década de 1950 e agora, meio século mais tarde, está bem mais perto de ser respondida.

Publicado 30/03/2021, 15:53 WEST
Uma representação de raios cósmicos.

Uma representação de raios cósmicos.

Fotografia de Observatório do CTA

Apesar do seu nome, os raios cósmicos não são radiação: são, essencialmente, partículas com carga – geralmente protões – que bombardeiam a atmosfera terrestre, vindas do espaço. Estas partículas altamente energéticas são aceleradas em objetos cósmicos, como por exemplo, explosões de estrelas distantes, e enviadas em viagens cósmica pelo universo. Algumas chegam à Terra.

Ao entrarem em contacto com a atmosfera, os raios cósmicos interagem com átomos variados, gerando uma “chuva” de outras novas partículas – fenómenos chamados “chuveiros cósmicos”. As partículas destes chuveiros cósmicos atmosféricos, os raios cósmicos secundários, que são inofensivos à vida na Terra, seguem a sua viagem desde o topo da atmosfera em direção à superfície terreste. Algumas são paradas pela atmosfera, outras atingem o solo, e outras – uma mão cheia delas – penetram na Terra, sendo identificadas por detetores subterrâneos ou subaquáticos.

De mentes postas… nas nuvens

No final dos anos 50, uma dúvida foi lançada: será que os raios cósmicos tinham influência nas alterações climáticas? A pergunta, bem como a explicação, gerou polémica, mas foi rapidamente colocada de lado. O que se manteve nas mentes de físicos, em todo o mundo, foi uma outra questão: como é que os raios cósmicos afetam o clima?

Desde então, inúmeros estudos têm sido feitos para estudar a ligação entre estas partículas altamente energéticas, e o clima que se faz sentir por cá, neste nosso pedaço de Universo. Uma possível resposta é a formação de nuvens.

Pensa-se que os raios cósmicos, e as suas interações com os átomos da atmosfera, sejam responsáveis pela formação de aerossóis – partículas diminutas em suspensão num gás ou líquido – que por sua vez vão promover a constituição de nuvens. Por outro lado, há também estudos que sugerem que os raios cósmicos possam influenciar as nuvens diretamente.

Regulação do clima, da humidade, e da temperatura

E o que têm as nuvens a ver com o clima? Bem mais do que se possa pensar, afinal cerca de dois terços do planeta encontram-se, a qualquer momento, cobertos de nuvens.

Além de serem parte integrante do ciclo da água, as nuvens exercem uma influência importante na temperatura no nosso planeta. Por um lado, as nuvens podem ajudar o planeta a não sobreaquecer, ao refletir radiação do Sol. Por outro, podem contribuir para o sobreaquecimento do planeta, ao impedir que a radiação térmica escape, refletindo-a de volta para a superfície da Terra.

Pequenas variações na quantidade de nuvens na atmosfera podem ter efeitos significativos no clima que se faz sentir. No entanto, apesar da sua importância, o processo de formação de aerossóis ainda não é completamente compreendido e conhecido. Será que há uma forma de reproduzir as condições em que isto acontece e estudar o processo?

CLOUD: um tanque cheio de nuvens

O CLOUD é um projeto do CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear) que estuda o efeito dos raios cósmicos nos aerossóis atmosféricos, nas nuvens, e no clima, recriando uma parte da atmosfera terrestre. Para consegui-lo, o CLOUD usa uma câmara de nuvem especial, simulando uma mini-atmosfera que é atingida com raios cósmicos “artificiais”, produzidos pelo Sincrotrão a Protões (PS), ou seja, um acelerador de partículas. Tal serve para estudar a possível ligação entre os raios cósmicos galácticos e a formação de nuvens.

A câmara de nuvens do CLOUD é uma espécie de tanque com três metros de altura, em aço inoxidável, onde são inseridos vários gases – ar, ar humidificado, ozono, e outros gases que existem em menores quantidades na atmosfera – de forma a que o seu interior se pareça bastante com a parte da atmosfera onde se dá a formação de aerossóis.

Dentro desta câmara é possível controlar todas as condições “atmosféricas”, bem como medi-las precisamente. No topo da câmara está um sistema de fibras óticas que emite luz ultravioleta, recriando a radiação do Sol; o acelerador PS fornece os raios cósmicos.

As interações e reações que acontecem dentro da câmara são medidas e registadas por uma série de instrumentos de alta tecnologia, instalados no tanque, como espectrómetros de massas.

Da formação de nuvens às alterações climáticas

Apesar de a ligação entre raios cósmicos e as alterações climáticas não ter sido confirmada, a formação de nuvens, que tem claramente uma relação complexa com o clima, só é possível devido à existência de aerossóis. Os aerossóis são uma espécie de sementes, a partir das quais uma nuvem nasce e cresce.

Assim, o objetivo principal do projeto CLOUD é estudar a formação de aerossóis, estando o papel dos mesmos ligados à formação, bem como evolução das nuvens. Uma compreensão aprofundada destes processos é vital para que se consiga fazer previsões a médio e longo prazo, no contexto das alterações climáticas.

Nos últimos anos, o CLOUD mostrou-nos que os aerossóis podem formar-se a partir de vapores biogénicos emitidos por árvores, apenas, e que a taxa de formação de aerossóis é aumentada quase cem vezes pela ação de raios cósmicos. No entanto, a grande maioria dos aerossóis necessita de ácido sulfúrico para se formar – outro facto corroborado pelas experiências do CLOUD.

Apesar de o CLOUD estar no CERN, na Suíça, existem investigadores portugueses a contribuir para o estudo da influência dos raios cósmicos no clima terrestre. A equipa é liderada por António Tomé, professor na Universidade da Beira Interior (UBI) e investigador no Instituto Dom Luiz (IDL). Conta também com a colaboração de António Amorim Barbosa, professor do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e investigador do CENTRA, bem como dos professores da UBI José Páscoa, Paulo Pimentel de Oliveira, e Sandra Mogo, esta última também investigadora do IDL.

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