O centro de massa da Terra não permanece completamente estável. À medida que a água, o gelo e o ar se movem ao redor do planeta com as estações, eles redistribuem peso suficiente para empurrar o centro de massa para frente e para trás uma fração de polegada em relação ao centro geométrico da Terra.
Os cientistas da NASA acompanham cuidadosamente este movimento microscópico porque o centro de massa da Terra serve como um ponto de referência essencial para a navegação por satélite e medições da altura da superfície.
Pesquisadores liderados pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia, desenvolveram agora um método para medir essas variações sazonais com extraordinária precisão. Sua técnica e resultados são descritos em um novo estudo publicado em Jornal Geofísico Internacional.
A pesquisa mostra como grandes mudanças sazonais, incluindo o derretimento do gelo, o aumento do nível do mar e o ar denso do inverno, redistribuem grandes quantidades de massa pela superfície da Terra.
o centro da terra está em constante rotação
Os cientistas passaram décadas desenvolvendo métodos para definir e localizar o centro de massa da Terra usando observações do espaço. O desafio é que o centro não permaneça num lugar fixo.
Se a Terra se comportasse como uma bola de gude azul perfeitamente sólida, o seu centro de massa corresponderia ao seu centro geométrico. Em vez disso, o planeta reage às mudanças no peso da água, do gelo e da atmosfera. À medida que esses materiais se movem, o centro de massa da Terra gira vários milímetros em torno do seu centro geométrico.
O tamanho exato desse movimento tem sido difícil de determinar. As duas projeções internacionais mais recentes, preparadas em 2017 e 2023, diferem em 0,27 polegadas (7 milímetros), aproximadamente o equivalente à altura de três moedas colocadas juntas. Este desacordo é quase tão grande quanto o movimento que os cientistas estão a tentar medir.
Para reduzir essa incerteza, o geocientista do JPL, Donald Argus, liderou o desenvolvimento de uma nova abordagem que se baseia no rastreamento por satélite extremamente preciso.
A gravidade faz com que os satélites orbitem em torno do centro de massa da Terra. À medida que esse centro muda, os cientistas podem detectar mudanças sutis na distância entre os satélites em órbita e as estações de rastreamento no solo.
Satélites ajudam a localizar o centro da Terra
Os cientistas há muito usam satélites para determinar a localização do centro de massa da Terra. Dois satélites metálicos densos, lançados em 1976 e 1992, foram construídos especificamente para este fim.
Os Satélites Laser Geodinâmicos (LAGEOS 1 e 2) assemelham-se a bolas de discoteca de 900 libras (408 quilogramas) cobertas com prismas reflexivos. Estações terrestres espalhadas por mais de 20 países disparam lasers contra os satélites e medem com precisão os sinais de retorno.
Um desafio desse método é que as estações de rastreamento a laser não estão distribuídas uniformemente pelo mundo.
A nova abordagem aborda essa limitação de duas maneiras. Os pesquisadores combinam medições a laser com rastreamento GPS e informações orbitais de vários satélites em órbita baixa da Terra, dando-lhes uma ampla gama de objetos para seguir. Eles também explicam como a mudança no peso da água e do gelo dobra a crosta terrestre, o que significa que as próprias estações terrestres se movem ligeiramente à medida que a superfície abaixo delas muda.
Argus desenvolveu a técnica com a equipe de determinação de órbita de satélite do JPL, cientistas da Universidade de Nevada, da Universidade de Montana e do Centro Helmholtz de Geociências na Alemanha.
“Estamos agora estimando que o tamanho do movimento de vaivém do centro de massa da Terra a cada ano será cerca de metade do que era há oito anos”, disse Argus. “Nossas descobertas mostram que a massa de água e ar da Terra que circula entre os hemisférios é menor do que se pensava anteriormente”.
Embora as distâncias envolvidas sejam pequenas, sua importância vai muito além do laboratório.
Felix Landerer, um dos coautores do estudo no JPL, disse que “Embora essas atividades possam parecer pequenas, nosso mundo moderno depende de medições de posição extremamente precisas. Medindo e compreendendo os mecanismos que mudam os sistemas de referência, podemos criar melhores sistemas de referência que, em última análise, beneficiam o mapeamento e a navegação – da logística de transporte global à agricultura de precisão.”
Gelo, chuva e oceanos mudam o equilíbrio da Terra
Os pesquisadores acompanharam o movimento sazonal do centro de massa da Terra e o rastrearam até três fontes principais: os oceanos, a atmosfera e as águas continentais (compostas de gelo terrestre, neve, água de lagos e rios, umidade do solo e águas subterrâneas).
Os efeitos variam ao longo do ano devido ao acúmulo de água e ar em diferentes partes do mundo.
A neve atinge sua maior extensão na América do Norte e na Eurásia em março. Essa massa extra desloca o centro de massa da Terra cerca de 3 milímetros em direção ao Pólo Norte.
Em abril, a bacia do rio Amazonas atinge o seu máximo sazonal de água pluvial, totalizando cerca de 2.400 gigatoneladas. Essa enorme concentração de água puxa o centro de massa da Terra 2,2 milímetros em direção à América do Sul.
Outra contribuição chega no final do ano. A água das monções no Sudeste Asiático atinge 600 gigatoneladas em novembro, seis meses após o nível máximo da Amazônia, e acrescenta uma pequena quantidade ao fluxo anual.
A influência do Oceano Pacífico é imensa
A água do oceano também desempenha um papel importante nas mudanças sazonais.
De agosto a outubro, o degelo e a precipitação acrescentam massa aos oceanos, fazendo com que o centro de massa da Terra se mova em direção ao sul do Oceano Pacífico.
Dado que o Oceano Pacífico é tão vasto, as alterações na sua massa podem exceder os ganhos ou perdas noutras bacias oceânicas. No entanto, as mudanças sazonais nos mares Mediterrâneo, Vermelho, Norte, Báltico e Barents fazem pequenas contribuições para o movimento do centro da Terra.
A atmosfera adiciona outra camada ao ciclo.
Os investigadores usaram um modelo criado pelo Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo para prever como as mudanças atmosféricas sazonais mudam o centro de massa da Terra. A sua análise descobriu que o ar frio e denso do inverno desloca o equilíbrio em direção à Arábia, Ásia e Norte de África por volta de 21 de dezembro de cada ano. Por volta de 21 de junho, um efeito semelhante ocorre na América do Sul e na África do Sul.
Satélites GRACE confirmam mudanças massivas
As estimativas de massa produzidas pela nova análise concordam com as observações da missão Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO).
Lançado em 2018, o GRACE-FO consiste em dois satélites que medem mudanças mensais no campo gravitacional da Terra. A maior parte da variação da gravidade é causada pelo movimento da água acima e abaixo da superfície do planeta.
Os satélites viajam juntos em uma formação extremamente precisa. Quando a sonda principal passa por uma área com excesso de massa, como uma bacia hidrográfica cheia de água, a forte atração gravitacional altera a distância entre os dois satélites numa pequena mas detectável quantidade.
GRACE-FO é uma parceria entre a NASA e o Centro Alemão de Pesquisa em Geociências (GFZ).
Os cientistas já estão a preparar a próxima geração destas medições. A missão GRACE-Continuity (GRACE-C) tem como objetivo ser lançada no final de 2028 e pretende continuar o recorde da série GRACE de quase 25 anos de rastreamento de como a água e a massa se movem ao redor da Terra.
