NASA observa o peso da Terra e encontra o centro de massa

As mudanças sazonais redistribuem água suficiente ao redor da Terra para deslocar o centro de massa do planeta para frente e para trás em frações de polegada em relação ao seu centro geométrico. Os cientistas da NASA estão no caso, rastreando as oscilações porque o centro de massa da Terra é um ponto de referência crucial para navegação por satélite e medições de elevação.

Uma equipe, liderada pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, propôs uma maneira de calcular as oscilações sazonais com extrema precisão. A técnica e os resultados são detalhados em um novo estudo publicado no Geophysical Journal International. Os autores pintam um quadro vívido do degelo da primavera, da agitação dos oceanos e do ar denso do inverno, transferindo enormes cargas superficiais de uma estação para outra.

O estudo não é a primeira tentativa de determinar o centro de massa da Terra. Ao longo das décadas, os cientistas foram pioneiros em diversas técnicas espaciais para defini-lo e localizá-lo. Mas é uma trave móvel. Se a Terra fosse uma bola de gude azul dura, seu centro de massa simplesmente se sobreporia ao seu centro geométrico. Na realidade, o planeta está balançando e cedendo sob o peso da água, do gelo e do ar. Por causa disso, o centro de massa da Terra gira continuamente em torno de seu centro geométrico até vários milímetros.

Quão precisos são os métodos existentes para medir o tamanho da peça giratória? As duas últimas estimativas internacionais, feitas em 2017 e 2023, diferem em 0,27 polegadas (7 milímetros), aproximadamente a altura de três moedas empilhadas. A diferença é quase tão grande quanto o próprio movimento.

Para reduzir a incerteza, o geocientista do JPL, Donald Argus, liderou o desenvolvimento de uma nova técnica baseada no rastreamento ultrapreciso de satélites.

Impulsionados pela gravidade, os satélites orbitam naturalmente o centro de massa da Terra, como se estivessem presos por amarras invisíveis. Pequenas mudanças na distância entre os satélites e as estações terrestres refletem a mudança do centro de massa da Terra.

Usar satélites para localizar o centro de massa da Terra não é uma ideia nova. Na verdade, os satélites de metal denso, lançados em 1976 e 1992, destinam-se exclusivamente a este fim. Assemelhando-se a bolas de discoteca de 900 libras (408 quilogramas), ambos os satélites de geodinâmica a laser (LAGEOS 1 e 2) são cravejados com prismas reflexivos e rastreados com precisão de laser através de estações terrestres distribuídas globalmente em mais de 20 países.

No entanto, uma limitação do alcance do laser por satélite é a distribuição desigual das estações terrestres ao redor da Terra. A nova técnica melhora a precisão de duas maneiras: Ela adiciona rastreamento GPS à mistura, juntamente com dados orbitais de vários satélites em órbita baixa da Terra, para fornecer uma gama diversificada de alvos. E considera como o peso da água e do gelo deforma a crosta terrestre, levando consigo estações terrestres.

A técnica foi desenvolvida pela Argus junto com pesquisadores da equipe de determinação de órbita de satélite do JPL, da Universidade de Nevada, da Universidade de Montana e do Centro Helmholtz de Geociências na Alemanha.

“Estamos agora estimando que o tamanho do movimento do centro de massa da Terra para frente e para trás a cada ano seja cerca de metade do que acreditávamos que fosse há oito anos”, disse Argus. “Nossas descobertas sugerem que a massa de água e ar da Terra que se move entre os hemisférios é menor do que se pensava anteriormente.”

Felix Landerer, um dos co-autores do estudo no JPL, observou que “embora estes movimentos possam parecer minúsculos, o nosso mundo moderno depende de medições de posicionamento extremamente precisas. Ao desvendar e compreender os mecanismos que alteram os sistemas de referência, podemos construir melhores sistemas de referência que, em última análise, beneficiam o mapeamento e a navegação – desde a logística global de transporte até à agricultura de precisão”.

Os autores do estudo rastrearam o centro de massa da Terra oscilando sazonalmente e atribuíram a causa a três categorias: oceanos, atmosfera e água continental (composta de gelo terrestre, neve, água de lagos e rios, umidade do solo e águas subterrâneas).

Eles descobriram que a acumulação de neve na América do Norte e na Eurásia atinge o máximo em março e desloca o centro de massa da Terra cerca de 3 milímetros em direção ao Pólo Norte. Um mês depois, em Abril, a água da chuva na bacia do rio Amazonas atinge o pico de 2.400 gigatoneladas, deslocando o centro de massa da Terra 2,2 milímetros em direcção à América do Sul. A água das monções no sudeste da Ásia atinge um máximo de 600 gigatoneladas seis meses depois, em novembro, aumentando ligeiramente a oscilação anual.

Entre agosto e outubro, os oceanos incham com o degelo e a chuva, e o centro de massa da Terra se desloca em direção ao sul do Oceano Pacífico. O Oceano Pacífico é tão grande que as mudanças de massa nele ofuscam a perda ou o ganho noutros oceanos, embora as dinâmicas sazonais nos mares Mediterrâneo, Vermelho, Norte, Báltico e Barents ajudem a mudar o centro de massa da Terra à sua própria maneira.

Os investigadores usaram um modelo desenvolvido pelo Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo para estimar como as mudanças atmosféricas afectam o centro de massa da Terra ao longo das estações. Eles descobriram que o ar frio e denso do inverno ajuda a inclinar a balança sobre a Arábia, a Ásia e o norte da África por volta de 21 de dezembro de cada ano, e sobre a América do Sul e a África do Sul por volta de 21 de junho.

Os cálculos de massa no estudo são consistentes com as observações feitas pelo Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRAÇA-FO) missão. Lançada em 2018, a missão é composta por satélites gêmeos que mapeiam as flutuações mensais na atração gravitacional da Terra devido principalmente ao movimento de massa da água acima e abaixo do solo. Os dois satélites voam em formação precisa e, quando o satélite líder passa sobre um corpo denso, como uma bacia hidrográfica dilatada, o puxão gravitacional extra altera a distância entre o seu gémeo numa pequena mas mensurável quantidade.

A missão GRACE-FO é uma parceria conjunta entre a NASA e o Centro Alemão de Pesquisa em Geociências (GFZ). A próxima geração GRACE-Continuidade (GRACE-C) tem como objetivo ser lançado no final de 2028 para estender o registro de dados da série GRACE de quase 25 anos.

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Escrito por Sally Younger

2026-061