Trocando em miúdos: O vento solar

O Sol

O sol, no centro do nosso sistema solar, é como uma usina movida a fusão nuclear. Fusão nuclear ocorre quando dois ou mais núcleos atômicos se fundem, formando um novo núcleo de número atômico maior, ou seja, com maior número de prótons.

O Sol visto aqui com suas enormes erupções, produz continuamente, pelo processo de fusão nuclear, fantásticas quantidades de energia.

Este processo só ocorre em condições particulares e extremas e libera grande quantidade de energia, segundo a equação de equivalência massa-energia, enunciada por Albert Einstein: E=mc², onde “E” é a energia liberada, “m” a massa perdida (convertida) na reação, e “c” a velocidade da luz, aqui elevada ao quadrado.

A cada segundo, o Sol converte cerca de 700.000.000 de toneladas de hidrogênio em aproximadamente 695.000.000 toneladas de hélio, sendo 5.000.000 toneladas convertidas em energia, seguindo a fórmula da equação einsteiniana de equivalência.

Experimente calcular o quanto vai dar isto em termos de energia! Lembre que a velocidade da luz é de 299.792.458 metros por segundo. E na fórmula, ela entra elevada ao quadrado!

O VENTO SOLAR

Essa reação libera para o espaço em torno uma irradiação de plasma, composta de elétrons, prótons, partículas e subpartículas ionizadas. Os cientistas chamam esta irradiação de vento solar.

A velocidade da difusão deste fluxo de partículas é de aproximadamente 450 metros por segundo, quando oriundas das latitudes mais baixas, próximos ao equador solar, mas dados obtidos através da sonda Ulysses mostram que as emissões originadas dos polos solares têm velocidades maiores, em torno de 750 m/s.

Efeitos

No nosso planeta, os efeitos visíveis do vento solar são as interferências nas emissões de rádio e as auroras boreais.

Aurora boreal, fotografada no Alaska no início de 2011: efeito do vento solar.

Fora da Terra, o vento solar pode ser percebido pelas alterações nos campos magnéticos planetários (magnetosfera), e pelo alinhamento das caudas dos cometas, que ficam sempre no lado oposto ao que está voltado para o Sol.

Passagem de um cometa pelo sistema solar: a cauda de gases ionizados (em azul) está sempre em oposição ao Sol e se torna mais longa quando se aproxima dele. A cauda formada pela poeira (amarela) também se alonga, mas está sempre mais próxima da trajetória percorrida pelo cometa.

(é comum as pessoas pensarem que as caudas dos cometas ficam para trás em relação ao sentido de seu deslocamento. Isto só seria verdade se o cometa estivesse rumando diretamente para o Sol.)

Ficção – Científica

Em maio de 1963, o escritor de ficção-científica Arthur Charles Clarke publicou o conto O VENTO SOLAR (The Wind From the Sun), onde mostra as peripécias de uma corrida de “veleiros espaciais”, naves movidas por gigantescas velas impulsionadas pelo vento solar. Teoricamente, isto seria possível, já que há estudos sérios e propostas de usar o vento solar como meio auxiliar de propulsão para naves e sondas espaciais.

Capa da edição do Círculo do Livro da coletânea O VENTO SOLAR, de Arthur C. Clarke, com diversos contos, inclusive o que dá nome ao livro.

Proposta para geração de energia

Em 2010, Brooks Harrop, físico da Universidade Estadual de Washington, propôs que se aproveitasse o vento solar para gerar energia, por meio de captação através de um satélite artificial, já batizado como Dyson-Harrop.

O satélite proposto possuiria um longo loop metálico apontado para o Sol. Esse fio seria carregado para gerar um campo magnético cilíndrico suficiente para capturar os elétrons que representam metade dos componentes do vento solar.

Esses elétrons seriam afunilados rumo a um receptor metálico esférico para produzir uma corrente. Essa corrente, por sua vez, geraria o campo magnético do fio, tornando o sistema autossustentável.

Na proposta de Harrop, estações na Terra receberiam energia através de um raio laser emitido pelo satélite coletor.

O excesso de corrente, além do necessário para manter o campo magnético, alimentaria um laser infravermelho apontado para antenas parabólicas instaladas no solo, projetadas para recolher a energia. Como o ar é transparente ao infravermelho, a atmosfera da Terra não consumiria nenhuma energia do feixe, que chegaria ao solo com potência total.

Um satélite relativamente pequeno, com a concepção Dyson-Harrop, utilizando um fio de cobre de 1 centímetro de diâmetro e com 300 metros de comprimento, usando um receptor de 2 metros de largura e uma vela solar de 10 metros de diâmetro, estacionário a meio caminho entre a Terra e o Sol, poderia gerar 1,7 megawatt -hora de potência, o suficiente para fornecer energia para 1.000 residências, pelos padrões dos EUA.

E, aumentando suas dimensões, com um fio de 1 quilômetro (km) de comprimento e uma vela solar de 8.400 km de comprimento(!), obteriamos uma potência de 10¹⁸ gigawatts-hora (1gw=10⁹ watts-hora) de potência! (*)

Segundo Harrop, que fez os cálculos juntamente com seu colega Dirk Schulze-Makuch, "Isso é, na verdade, 100 bilhões de vezes a energia que a humanidade gasta atualmente,".

Seria o caso de perguntar: por que então não usar como base proporções mais adequadas às necessidades?

Afirmou ele também que toda a tecnologia envolvida neste projeto já estaria disponível, não havendo nenhum impedimento para que o satélite fosse construído, e que o mesmo produzirá uma energia mais barata do que os painéis solares fotovoltaicos, já que o cobre necessário para o projeto custa bem menos do que as células solares.

Inviabilidades

Porém, os críticos da proposta afirmam que para gerar uma quantidade significativa de energia, os satélites Dyson-Harrop precisariam contar com o vento solar constante encontrado acima da eclíptica (o plano definido pela órbita da Terra em torno do Sol).

Isso quer dizer que o satélite teria que ficar a dezenas de milhões de quilômetros da Terra. Ao longo desta distância, mesmo um feixe de raio laser extremamente preciso apresentaria uma dispersão capaz de cobrir uma área com milhares de quilômetros de largura quando atingisse a Terra.

E um feixe de laser carregando dois megawatts, como o do projeto básico, espalhado por uma área tão grande, não teria qualquer utilidade, pois sua energia em um ponto qualquer seria menor do que a da luz do luar!

A solução para isso seria uma lente virtualmente perfeita medindo alguma coisa entre 10 e 100 quilômetros de diâmetro.

Entretanto, ao contrário das afirmações de Harrop, ainda não existe tal tecnologia e nem há qualquer estudo que demonstre que esta solução esteja disponível a curto prazo.

Propulsão de Naves

John Mankins, presidente da empresa americana ARTEMIS INNOVATION, especializada em energia solar espacial, também sugere que podem haver outros problemas com o conceito de Harrop, e afirma que são necessários estudos para verificar se o anel de cobre aguentaria tanta energia sem fundir-se.

Ulysses:sonda-robô projetada para estudar o Sol, numa parceria da NASA com a ESA (European Space Agency).

Contudo, ele acha que a ideia de Harrop pode servir para para fornecer energia para naves espaciais, do porte da sonda Ulysses, que poderiam usar versões mais compactas do satélite Dyson-Harrop.

O presente

Enquanto nossos brilhantes cientistas pesquisam formas de aproveitar o vento solar, atualmente a única aplicação prática da energia solar ainda é na cara produção de energia por meio de células fotovoltaicas, ou nos práticos sistemas de aquecimento de água, além do uso gratuito das radiações ultravioleta no bronzeamento das belas frequentadoras de nossas praias!

Jovens cariocas aproveitam a radiação solar gratuita na Barra da Tijuca. Não precisam de satélite nenhum! Não esqueçam o filtro solar, hein? Se precisarem de ajuda.

(*) Me pareceram algo incoerente as dimensões da vela, publicadas no artigo do Magazine New Scientist, pela desproporção em relação ao comprimento do fio e também por ser citado no modelo básico "10 metros de diâmetro" e no aumentado, "8.400 km de comprimento". (asteroide-leonel)