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O campo magnético da Terra
«Alguns efeitos do Campo Magnético da
Terra, doravante CMT, são conhecidos pelo menos desde o século XI, na China, e utilizados
para a construção de bússolas rudimentares. Estas foram aplicadas pela primeira
vez à navegação pelos Árabes, tendo sido um instrumento fundamental de
orientação na Terra desde então, insubstituível sempre que as observações
astronómicas se revelavam impossíveis. A partir do século XII são utilizadas
bússolas pelos navegadores europeus. A existência de um ângulo entre a direcção
da bússola e o norte geográfico (declinação magnética) é conhecida desde o
século XIV, a partir da comparação entre a direcção do norte dada pela bússola
e a direcção obtida a partir da Estrela Polar. A partir de 1450 este ângulo,
então denominado variação já se encontrava indicado nas bússolas. João Lisboa,
no Tratado da Agulha de Marear, de 1514, procura estabelecer uma relação
de proporcionalidade entre o ângulo de declinação magnética e a longitude, e
surge como uma proposta para a resolução do problema das longitudes, sem
sucesso. A inclinação magnética (e a sua variação local) foi descoberta no
século XVI, sendo associada a Robert Norman, construtor de instrumentos
científicos. Francisco Faleiro, segundo o historiador Luís Albuquerque, foi o primeiro
a referir a inclinação magnética (1535) e a procurar estabelecer uma relação
entre o ângulo de inclinação magnética e a latitude. A primeira carta de isoclinas
foi apresentada por J K Wilcke em 1768. João de Castro realizou durante a
sua viagem à India, em 1538, medições sistemáticas de inclinação e declinação e
verificou pela primeira vez a influência do ambiente geológico (componente
crustal) nessas medidas. Em 1600 o inglês Gilbert interpreta todos estes
efeitos como consequência de a própria Terra se comportar também como uma
esfera magnetizada, sendo a orientação das bússolas uma consequência da
interacção entre dois corpos magnéticos: a Terra e a agulha magnetizada. Apesar
dos avanços experimentais, a teoria física e matemática capaz de descrever e
justificar o CMT só foi alcançada por Maxwell, no fim do século XIX e os
primeiros modelos realistas do mecanismo gerador do campo só no fim do
século XX começaram a ser construídos. A prova matemática de que o campo
magnético observado à superfície tem por origem essencial o interior da Terra
(e não fenómenos externos) foi obtida por Gauss em 1838. Já nessa altura se
tinha concluído que o CMT manifestava uma certa variação secular, e de
que as variações rápidas do CMT tinham correlação com fenómenos atmosféricos
como as auroras boreais. Tal como observado por Gilbert, a utilização da
bússola como instrumento de localização sobre a Terra é possível porque o Campo
Magnético da Terra se aproxima do campo magnético gerado por um íman permanente
alinhado com o eixo de rotação, onde é possível distinguir um Polo Magnético
norte, um Polo Magnético sul e um Equador Magnético, à semelhança do
que ocorre com as referências geográficas. Note que a designação polo
magnético norte de um íman é confusa e deveria ser antes a de polo
magnético que aponta o norte (north-seeking pole). Podemos falar de meridiano
magnético como a projecção, na superfície da Terra, das linhas de força do
Campo Magnético. A declinação pode ser definida como o ângulo que em
cada ponto o meridiano geográfico faz e o meridiano magnético. A inclinação
será o ângulo dessas linhas de força com o plano que é tangente à Terra
no ponto de observação. Uma inclinação de 90º corresponde ao polo magnético
norte, da mesma maneira que uma inclinação de -90º corresponde ao polo
magnético sul. O equador magnético é constituído pelo conjunto dos pontos de
inclinação nula. Note-se que se bem que o CMT se possa considerar como
aproximadamente dipolar, o eixo magnético não coincide em regra com o eixo
geográfico e, o que é o mesmo, os polos magnéticos afastam-se sensivelmente dos
polos geográficos.
Carta de Isogónicas e Isoclínicas para a
época 2005.0
Sabemos da física elementar que o modelo
mais simples que podemos elaborar de um magnete é formado por um dipolo, que
podemos, por exemplo, imaginar gerado por uma espira de corrente. Em primeira
análise a própria Terra pode ser considerada como um dipolo magnético. O campo
magnético de um dipolo é representado de forma simples a partir da consideração
do potencial escalar:
Representação Esquemática do Campo
Magnético de um Dipolo localizado no centro da Terra
No sistema internacional de unidades (SI),
a momento magnético é expresso em Am2. O campo magnético pode ser definido como
o gradiente daquele potencial. Se utilizarmos coordenadas esféricas para
representar o campo magnético de um dipolo temos a seguinte situação geométrica:
o campo magnético de um dipolo apresenta uma simetria axial em torno de um eixo
(eixo norte-sul magnético) e desde que o sistema de coordenadas seja convenientemente
escolhido, apresenta uma componente longitudinal nula. O valor das componentes radial
e co-latitudinal pode ser obtido simplesmente, desde que se tenha em atenção
que o ângulo entre a direcção do eixo e o raio vector do ponto de observação é
a co-latitude. É habitual utilizar-se um referencial cartesiano local para cada
ponto de observação, em que o eixo dos zz coincide com a vertical (positivo
para cima), o eixo dos xx com o meridiano geográfico (positivo para norte) e o
eixo dos yy com um paralelo (positivo para este). A componente vertical é
habitualmente designada por Z, a componente sul-norte por X e a componente
oeste-este por Y. As componentes X e Y podem ser utilizadas para definir a
denominada componente horizontal H do campo magnético.
Elementos do Campo Magnético da Terra
A relação entre as grandezas clássicas
(por vezes designadas por elementos do campo magnético da Terra) assim
definidas no referencial local e as componentes do campo magnético vectorial na
aproximação dipolar, em coordenadas esféricas. O Campo Magnético da Terra não é
exactamente dipolar. Contudo, o dipolo magnético que melhor se aproxima do CMT,
no sentido dos mínimos quadrados, tem de momento mdip = 7.856 1022 Am2.
O eixo desse dipolo afasta-se hoje sensivelmente do eixo de rotação da Terra,
sendo o ângulo entre os dois próximo de 11º. Se retirarmos ao valor do CMT a
componente dipolar, obtemos o que se designa por Campo Magnético Não Dipolar». In
Jorge Miguel Miranda, Introdução ao Geomagnetismo, Sebenta, FCUL, Wikipedia.
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