Intermitência espaço-temporal ajuda a entender o Sol e as bolsas de valores

Fabio Reynol - Agência Fapesp - 21/07/2010

Estudo brasileiro sobre sistemas caóticos tem implicações em áreas tão diversas quanto espaço, meteorologia, fisiologia respiratória e mercado de capitais.
[Imagem: Wikimedia]

Estudos sobre manchas solares, fisiologia respiratória, operações financeiras, meteorologia e outras áreas tão diversas como essas poderão se beneficiar de uma pesquisa realizada por físicos brasileiros e japoneses.

O trabalho foi feito por cientistas do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) e do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos (SP), em cooperação com colegas das universidades japonesas de Kyoto e de Hokkaido. O grupo foi liderado pelo físico espacial Abraham Chian, do Inpe.

Por meio de simulações numéricas, o grupo analisou a intermitência espaço-temporal, um fenômeno encontrado em fluidos, plasmas, óptica, reações químicas e biomedicina.

Intermitência espaço-temporal

A demonstração da dualidade da sincronização de amplitude-fase feita pelo grupo pode ser aplicada em ciclos solares, variabilidades climáticas, plasmas de fusão termonuclear controlada, ritmos cardíacos e respiratórios, sinais sísmicos e frentes de ionização no Universo, entre outros exemplos.

A intermitência é caracterizada por uma série temporal que exibe períodos laminares que, por sua vez, são intercalados por surtos de flutuações de grandes amplitudes. No caso específico da intermitência espaço-temporal, o sistema apresenta um comportamento caótico no tempo e também no espaço.

O grupo foi liderado pelo físico espacial Abraham Chian, do Inpe, e investigou o mecanismo físico da intermitência do tipo liga-desliga na transição do caos temporal para o caos espaço-temporal, com base na simulação numérica de um modelo não-linear de ondas longas. Esse modelo matemático pode ser utilizado para descrever fenômenos como a evolução da onda de deriva em plasmas ou de um tsunami em um oceano.

"O avanço significativo é a demonstração da dualidade da sincronização de amplitude-fase das flutuações, o que pode ser aplicado em muitos problemas de sistemas complexos como, por exemplo, o funcionamento do coração ou flutuações da bolsa de valores", disse Chian.

Ritmo cardíaco e bolsas de valores

Segundo Chian, a metodologia desenvolvida durante o trabalho poderá ser aplicada na resolução de uma grande variedade de problemas em sistemas físicos, biológicos, químicos e tecnológicos.

Problemas no ritmo cardíaco e crises nas bolsas de valores são exemplos das instabilidades estudadas. "Quando essa instabilidade evolui para um sistema não-linear, esse fenômeno caótico que analisamos aparece", disse.

A pesquisa focou nesse ponto de transição entre o período de fluxo laminar e o turbulento. O fato de o estudo poder ser aplicado também na análise de imagens implica que poderá auxiliar estudos de manchas solares.

Chamadas de regiões solares ativas, essas manchas apresentam comportamento turbulento enquanto as regiões à sua volta atuam de maneira laminar. "Nosso trabalho poderá ajudar a entender a diferenciação das regiões solares ativas", disse Chian.

Entender a transição de sistemas laminares para sistemas turbulentos pode ajudar também nas investigações sobre o clima, como a formação de fenômenos meteorológicos como furacões e tornados.

Selas caóticas

O estudo promoveu também avanços metodológicos. Os pesquisadores lançaram mão tanto da representação de Fourier como a de Lyapunov para calcular as entropias espectrais de potência e de fase, bem como as médias temporais dos espectros de potência e de fase.

A investigação atual está relacionada a outro trabalho publicado anteriormente também na Physical Review Letters.

Na época, o grupo de Chian caracterizou uma nova estrutura chamada de "selas caóticas" que ajudam a prever o comportamento de um sistema caótico e a controlar caos e turbulência em sistemas complexos.

O nome foi inspirado nas selas de montaria devido a uma característica dessas estruturas: elas são estáveis em uma direção e apresentam instabilidade nas direções transversais a essa.

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