Um estudo feito pela Nasa descobriu que as hélices de drones voando sobre Marte podem criar pequenas correntes elétricas na atmosfera do planeta vermelho. Essas correntes, por sua vez, podem fazer o ar ao redor da aeronave brilhar. 

Esse processo ocorre naturalmente em escalas muito maiores na Terra, como uma coroa ou brilho às vezes visto em aeronaves e navios em tempestades elétricas. Por aqui o fenômeno é conhecido como Fogo de Santelmo.

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Conceito artístico de um brilho em torno de um drone em Marte durante o voo. O brilho, exagerado para a visibilidade, pode acontecer se as hélices do drone gerarem um campo elétrico que faz com que as correntes elétricas fluam na atmosfera marciana ao redor da nave. Crédito: NASA/Jay Friedlander

“O brilho fraco é mais visível durante as horas noturnas, quando o céu de fundo está mais escuro”, disse William Farrell, do Centro de Voos Espaciais Goddard da Nasa, principal autor de um artigo sobre essa pesquisa publicado no Planetry Science Journal.

“O helicóptero experimental Ingenuity não voa durante essas horas, mas os futuros drones podem ser liberados para o voo noturno e procurar por este brilho”, disse Farrell.

Segundo o cientista, as correntes elétricas geradas pelas lâminas de rotação rápida em drones são muito pequenas para serem uma ameaça às naves ou ao ambiente marciano. “Mas oferecem uma oportunidade de fazer alguma ciência adicional para melhorar nossa compreensão de um acúmulo de carga elétrica chamado ‘carregamento triboelétrico’”.

Carregamentos triboelétricos acontecem quando o atrito transfere a carga elétrica entre objetos, como quando uma pessoa esfrega um balão contra o cabelo ou o suéter. O balão eletrificado atrairá o cabelo da pessoa fazendo com que ele se levante em direção ao balão — o que indica que o balão desenvolveu um grande campo elétrico a partir do processo de carregamento triboelétrico.

Equipe de pesquisa usou modelos computacionais da atmosfera de Marte

A equipe aplicou medições laboratoriais e usou modelagem computacional para investigar como a carga elétrica poderia se acumular nas lâminas do rotor de um drone. O acúmulo de carga também acontece em lâminas de helicóptero terrestres, especialmente em ambientes empoeirados, de modo que a equipe também usou interpretações e modelagem do carregamento de helicópteros terrestres como base para entender o caso de Marte.

Eles descobriram que à medida que as hélices do drone giram, as lâminas correm em pequenos grãos de poeira no ar marciano, especialmente quando o helicóptero está perto da superfície e soprando poeira ao redor. 

À medida que as lâminas impactam os grãos, a carga é transferida, acumulando-se sobre elas e criando um campo elétrico. Conforme a carga aumenta para altos níveis, a atmosfera começa a conduzir eletricidade, um processo conhecido como “colapso atmosférico”, criando uma população de elétrons que formam uma corrente elétrica aprimorada que age para dissipar ou compensar o acúmulo de carga no rotor.

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Durante a pesquisa, a equipe descobriu que o colapso começa como uma “avalanche de elétrons” invisível. Elétrons são partículas muito pequenas com carga elétrica negativa. A carga faz com que os elétrons respondam a campos elétricos — atraídos por um campo gerado por carga positiva e repelidos de um campo gerado por carga negativa. 

Elétrons livres — aqueles que não estão ligados a um átomo — em um material condutor elétrico, como um fio de cobre, são responsáveis pelo fluxo da corrente elétrica. As atmosferas também podem ter elétrons livres, e os poucos elétrons livres no ar marciano sentem a força do campo elétrico a partir da hélice colidir com moléculas de dióxido de carbono atmosférico (CO2). O impacto libera mais elétrons das moléculas de CO2, o que amplifica a corrente.

Resultado do estudo é apenas estimativa, dizem autores

Em Marte, as moléculas que compõem a atmosfera estão mais distantes umas das outras do que em uma atmosfera como a da Terra, já que são menos densas.

Pense no campo elétrico impulsionando os elétrons livres como um carro no início de uma corrida de arrancada. Se houver muitos obstáculos ao longo da pista, o carro acelerado pode atingi-los e diminuir a velocidade (ou parar). 

As colisões limitam a velocidade do carro a permanecer relativamente baixa. No entanto, se os obstáculos são amplamente espaçados, esse mesmo carro agora terá espaço para acelerar até uma velocidade mais alta antes de bater no próximo obstáculo. 

Da mesma forma, o espaço extra no ar marciano dá aos elétrons livres um caminho maior para a aceleração antes que eles colidam em uma molécula, para que eles possam alcançar a velocidade necessária para liberar outros elétrons de moléculas de CO2 e começar uma avalanche de elétrons dentro de um campo elétrico relativamente baixo de cerca de 30.000 volts por metro. 

Na Terra, a mesma avalanche de elétrons pode ocorrer, mas na atmosfera mais densa, os campos elétricos devem ser muito maiores, cerca de 3.000.000 volts por metro.

Embora as correntes geradas por um drone voando na atmosfera sejam pequenas, elas podem ter tamanho suficiente para fazer com que o ar ao redor das lâminas e outras partes da nave comecem a avalanche de elétrons e possivelmente até mesmo brilhem uma cor roxa azulada.

No entanto, os pesquisadores reconhecem que seu resultado é uma previsão estimada, e muitas vezes a natureza tem outros planos. “Em teoria, deve haver algum efeito, mas se a avalanche de elétrons é forte o suficiente para criar um brilho, e se algum brilho fraco é observável durante as operações, tudo permanece a ser determinado em futuros voos de drones em Marte”, diz Farrell.

“Na verdade, pode-se até colocar pequenos eletrômetros perto da lâmina e nas pernas do drone para monitorar os efeitos de qualquer carga. Esse tipo de monitor elétrico pode ser de valor científico e fornecer informações críticas sobre a saúde dos drones durante o voo”.

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