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História (e futuro!) do Observatório Magnético do IGUC

History (and future!) of the Magnetic Observatory of IGUC

Paulo Ribeiro

Centro de Geofísica da Univ. Coimbra, Av. Dias da Silva, 3000-134 Coimbra.

pribeiro@ci.uc.pt

SUMÁRIO O Observatório Magnético do IGUC possui uma tradição centenária na observação do magnetismo terrestre. As primeiras observações geomagnéticas, que remontam ao ano de 1866, foram realizadas pela mão de Jacinto de Sousa na própria sede do IGUC na Cumeada. Em 1932 o crescimento da cidade obrigou à transferência do observatório para o Alto da Baleia. Mas hoje o seu futuro volta a passar pela reinstalação em novo local e pela completa modernização do seu equipamento de forma a dar continuidade à já longa série de dados.

Palavras-chave: observatório magnético, geomagnetismo, Coimbra.

SUMMARY The Magnetic Observatory of IGUC has a secular tradition in monitoring the earth’s magnetic field. The first geomagnetic observations were carried out by Jacinto de Sousa in 1866 in the headquarters of the IGUC in Cumeada. In 1932 the city’s growth dictated the transference of the observatory to the present site, Alto da Baleia. Presently, however, the observatory’s future must pass through its reinstallation in a new place and complete modernization of equipment in order to guarantee the continuity of its long data series.

Key-words: magnetic observatory, geomagnetism, Coimbra.

Fundação e os anos na Cumeada (1866-1931) Em 1860 o então Conselho da Faculdade de Philosophia da Universidade de Coimbra submetia ao Governo um projecto para a construção de um observatório meteorológico e magnético em Coimbra [1]. Dirigia-se-lhe nestes termos: «Senhor! Ha annos que o estudo da meteorologia e da physica do globo é geral empenho dos sábios da Europa e do novo mundo. A observação da temperatura e da pressão atmospherica, da velocidade e direcção dos ventos, da quantidade de chuva, do estado do céo, do magnetismo terrestre, e de diversos outros phenomenos, proseguida com ardor por notaveis associações scientificas, tem produzido ricas series de factos, de que, em varios paizes, e particularmente na Allemanha e na Belgica, se tem sabido tirar importantes consequencias theoricas, a para das mais uteis applicações practicas.» A fechar a proposta: «…O Conselho da Faculdade de Philosophia confia que Vossa Magestade lhe assegurará a realização de um projecto, que promette tudo em beneficio do paiz, e que nos não deixa ficar idifferentes no meio do movimento scientifico de que estão animadas todas as nações cultas.» De facto, desde o começo do séc. XIX que a

comunidade científica vinha animada com as questões do Geomagnetismo, procurando responder nomeadamente ao problema da variação temporal do campo magnético terrestre (que interferia com as leituras da bússola), e a que muitos chamaram “o grande mistério físico desde o trabalho de Newton sobre a gravitação” [2]. Assim, e com o fim de desvendar este mistério, por volta de 1840 dava-se início a uma “cruzada magnética”, liderada por Alexander von Humboldt e Edward Sabine, onde se defendia o estabelecimento de uma rede mundial de observatórios magnéticos. Em 1860 o Dr. Jacinto de Sousa (Fig.1) foi escolhido, enquanto lente em exercício na cadeira de Física, para representar a então Faculdade de Philosophia na comissão científica enviada a Espanha para assistir ao eclipse do Sol de 18 de Julho desse ano. A viagem haveria de se mostrar mais importante que o esperado, pois quando ainda em Espanha, Jacinto de Sousa foi convidado pelo Governo a seguir em visita a alguns dos mais notáveis estabelecimentos científicos da Europa e, principalmente, aos observatórios meteorológicos e magnéticos. A missão aos estabelecimentos científicos de Madrid, Paris, Bruxelas, Londres,

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Greenwich e Kew, prolongar-se-ia por Agosto e Setembro desse ano, e recebeu entusiástica apreciação do Conselho da Faculdade que, em Janeiro de 1861, acabou a aprovar um voto de confiança em Jacinto de Sousa para proceder pelo modo que entendesse mais conveniente no tocante à fundação do futuro Observatório Meteorológico e Magnético de Coimbra (OMMUC) [1]. Como refere Seiça e Santos [3], o relatório da visita de Jacinto de Sousa aos institutos europeus, remetido ao Reitor da Universidade em Julho de 1861 e impresso na Imprensa da Universidade em 1862, “é um documento notável, primorosamente redigido no mais fino recorte literário”, bem dentro do espírito romântico que atravessava a época e marcava o ser e o modo das artes e das ciências. Neste relatório, e apesar da descrição minuciosa dos vários estabelecimentos científicos, Jacinto de Sousa detém-se com especial atenção nos observatórios de Greenwich e Kew. É neste último, no entanto, que virá a encontrar o modelo do futuro observatório de Coimbra; foi em Kew que Jacinto de Sousa e o projecto que o animava encontraram o melhor dos acolhimentos. Não obstante, será em Londres que Jacinto de Sousa encontrará a ajuda preciosa de Edward Sabine (1788-1883). Este granjeava à data excelente notoriedade científica, tendo sido, como já referimos, um dos principais responsáveis pelo programa da rede mundial de observatórios, e tendo, em 1852, estabelecido a relação entre a actividade geomagnética e o ciclo solar de 11 anos (logo de seguida confirmada por Rudolf Wolf).

Fig.1: Doutor Jacinto de Sousa (1818-1880)

No seu relatório, Jacinto de Sousa refere o vivo interesse que Sabine mostrou ter pelo projecto de Coimbra, logo se prestando a auxiliar a sua realização ao superintender a construção dos instrumentos magnéticos, e obtendo da Associação Britânica a aceitação para a verificação e determinação das respectivas constantes no

Observatório de Kew. E assim, em Agosto de 1861 Jacinto de Sousa viaja para Kew a pedido de Sabine para assistir à determinação das constantes quer dos magnetógrafos quer dos magnetómetros, e para adquirir a competência prática ao bom uso dos instrumentos sob a direcção de Balfour Stewart (então director daquele observatório). No final de Outubro desse ano Jacinto de Sousa está de volta a Coimbra e traz consigo o seguinte conjunto de instrumentos de medição magnética: Magnetómetro Unifilar de Gibson, Inclinómetro de Barrow, Bússola de Gambey, e Magnetógrafos (Variógrafos) de Adie (modelo de Kew), compreendendo declinógrafo, magnetógrafo bifilar e magnetógrafo vertical [3]. Situado na Cumeada, nessa época uma pequena colina do subúrbio da cidade, o OMMUC (Fig.2), com coordenadas geográficas: ϕ=40º12’, λ=8º23’; h=140m, vê a inauguração dos seus trabalhos ocorrer em Maio de 1864 com o início das séries meteorológicas [4]. No entanto, a utilização dos instrumentos de medição magnética só se tornou possível em Junho de 1866, quando se começaram a fazer, com toda a regularidade, as observações para a determinação absoluta da Inclinação (I) e da Força horizontal magnética (H), complementadas em 1867 com as observações da Declinação magnética (D) e a entrada em funcionamento dos magnetógrafos (ainda que irregularmente) [3,4,5]. As observações de magnetismo terrestre foram iniciadas pela própria mão de Jacinto de Sousa, que justamente tinha sido conduzido a primeiro director do OMMUC, lugar que ocupou desde Fevereiro de 1864 até à sua morte em Agosto de 1880 [3]. Com o Unifilar de Gibson determinavam-se de forma absoluta D e H; a determinação de H fazia-se pelo método de Gauss, com uma observação completa a durar mais de 2 horas. Por sua vez, o valor absoluto da Inclinação era determinado com o Inclinómetro de Barrow. Até 1932 (altura da transferência do Observatório Magnético para o Alto da Baleia) as observações absolutas das componentes D, I e H realizavam-se em média 3 vezes por mês (uma observação em cada dez dias). No entanto, a partir de 1875 o valor de D passou a ser determinado diariamente às 8 e 14 h; para tal contribuiu certamente o facto de o meridiano geográfico (necessário à medida de D) passar a ser determinado, não através do ângulo horário notando os tempos das passagens do Sol pelo retículo do telescópio em duas posições do instrumento diametralmente opostas, mas através da pontaria a uma mira de azimute conhecido. Em 1876, uma década passada sobre o início das observações, o Inclinómetro de Barrow foi substituído pelo de John Dover, enquanto que em 1878 chegara a vez do Unifilar de Gibson ser substituído pelo respectivo de Elliott & Bro.s (este veria a sua vida útil esticada ao limite de quase três quartos de século, ao vir a ser substituído de forma definitiva somente em 1955). Jacinto de Sousa cedo viu o seu trabalho reconhecido com a publicação das determinações

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absolutas magnéticas realizadas no OMMUC nos Proceedings of the Royal Society.

Fig.2: Edif. do OMMUC na sua fundação em 1864

Se desde o início as observações absolutas foram bem sucedidas, o mesmo não se pode dizer das observações relativas. O registo contínuo (magnetograma em papel fotográfico) das variações das componentes D, H e Z iniciou-se de forma regular somente em 1873; no entanto, em 1883 os Variógrafos de Adie (Fig.3) tiveram que ser desmontados devido a trabalhos no edifício, para ser reinstalados apenas em 1885 [6]. Segundo Ferraz de Carvalho [4], o registo da variação da Força vertical (Z) nunca funcionou de maneira satisfatória, tendo mesmo sido abandonado em 1914. Refira-se ainda que, por falta de pessoal, não foi possível até 1919 proceder à leitura dos magnetogramas e à respectiva publicação das tabelas das variações horárias dos elementos magnéticos. Para além dos problemas que se prendiam provavelmente com a incorrecta instalação dos magnetógrafos, a partir de 1910 os magnetogramas começaram a acusar as perturbações devidas à instalação da tracção eléctrica em Coimbra. E quando em 1929 se instalou na proximidade do observatório (a apenas 50 m da casa dos magnetógrafos) uma nova linha de tracção eléctrica, foi forçoso transferir o observatório para novo local isento de perturbações. Entretanto, em 1903 o OMMUC tinha dado início às séries sismológicas, sendo o primeiro estabelecimento a promover a sismologia instrumental em Portugal [3]. Em 1925 o OMMUC passaria a designar-se por Instituto Geofísico da Universidade de Coimbra (IGUC).

Os anos no Alto da Baleia (1932-presente) Em 1932 o novo observatório começa a funcionar no Alto da Baleia, pequeno outeiro a cerca de 2,5 km a Norte do centro da cidade de Coimbra, passando a apresentar como coordenadas geográficas: ϕ=40º13’, λ=8º25’ e h=99m. Não obstante este impulso, durante os primeiros vinte anos um conjunto variado de problemas dificultou o bom funcionamento do observatório, com consequente prejuízo na qualidade das séries observadas. Para equipar o novo observatório adquiriu-se um novo conjunto de magnetógrafos de modelo Eschenhagen

(da casa Askania-Werke A. G.), mas, infelizmente, o equipamento foi inicialmente mal montado prejudicando a qualidade dos dados. Entretanto, os anos instáveis da Segunda Guerra Mundial ocasionaram a falta de papel fotográfico e a dificuldade em adquirir petróleo para a lamparina (fonte de luz do sistema de registo fotográfico), obrigando à suspensão dos registos. Neste primeiro período do Alto da Baleia, também a qualidade das observações absolutas se viu afectada por simplificação das rotinas e dos regulares procedimentos de observação. E é somente a partir de 1950 que, com o protagonismo do novo director, Custódio de Morais (director do IGUC no período 1950-60) [3], é imprimido um novo ânimo ao Observatório Magnético. Assim, em 1951 Custódio de Morais reinstala os registadores e prepara a aquisição de novo equipamento para determinação absoluta das componentes D, H e Z. Logo em 1952 as componentes vertical e horizontal passam a ser determinadas com magnetómetros BMZ (Balance Magnotometer Zero) e QHM (Quartz Horizontal Magnetometer) respectivamente, e que de então para cá têm assegurado exclusivamente as medidas absolutas destas componentes. Por seu turno, só em 1955 é que o muito antigo magnetómetro unifilar de Elliott & Bro.s foi substituído por um declinómetro Askania na determinação absoluta da Declinação (este último instrumento foi recentemente, Janeiro de 2006, substituído por um do tipo DI-Flux). Com a utilização dos novos instrumentos absolutos, a partir de 1952, passaram-se a realizar cerca de 12 observações em cada dez dias (década), permitindo desta forma uma boa definição e controle da linha-de-base. Esta rotina manteve-se sensivelmente até aos anos 1980, altura em que o número médio de observações absolutas por década passou a diminuir progressivamente até às 4 observações, que se passaram a realizar a partir de 1997.

Fig.3: Variógrafos de Adie (modelo de Kew).

Na série de dados que se inicia em 1951, e que se apresenta praticamente ininterrupta, tem-se considerado a existência de dois períodos distintos no tocante à qualidade dos dados: (1) de Outubro de 1951 a 1987, a qualidade das séries de observações é comparável à obtida nos observatórios mais

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conceituados, ao permitir nomeadamente a identificação e a quantificação locais dos jerkes de 1969 e 1979 [6]; (2) de 1988 a 2005, considera-se que a qualidade das séries tem vindo a deteriorar-se em resultado da precarização das condições de funcionamento do observatório. Aqui contam-se o envelhecimento, deterioração e ausência de calibração dos instrumentos, dificuldades técnicas na realização de certos tipos de observações e simplificação de rotinas, deterioração das instalações e o fatal ruído electromagnético provocado pelo cerco urbano [7].

O futuro Hoje o Alto da Baleia já não reúne as condições ao bom funcionamento do Observatório Magnético do IGUC. As razões que o trouxeram para aqui em 1932 são as mesmas que agora o obrigam a procurar novo local: o cerco urbano e o característico ruído electromagnético justificam um novo projecto para o único observatório do país e, segundo a Lista dos Observatórios Magnéticos e Estações de Variação da IAGA (International Association of Geomagnetism and Aeronomy), o mais antigo do mundo em actividade [8]. E se “antigo” não é necessariamente sinónimo de “velho”, aqui confessamos que o Observatório de Coimbra não se soube, ou não pôde, modernizar, exibindo hoje na questão do equipamento e das práticas de observação um franco atraso quando comparado com os modernos observatórios da rede internacional. Esta situação não tem obstado, contudo, à utilização dos dados de Coimbra em vários estudos de geomagnetismo e na formulação de modelos geomagnéticos globais, como é o caso do International Geomagnetic Reference Field (IGRF). Vendo-se por aqui a importância que há em manter o Observatório de Coimbra, cujo futuro terá de passar necessariamente pela modernização dos equipamentos e pela sua reinstalação em novo local apropriado ao seu funcionamento. É neste sentido que presentemente se conduzem estudos (de campo eléctrico e magnético) na quinta do Palácio de S. Marcos (cerca de 10 km a Oeste de Coimbra) conducentes à avaliação do terreno para o qual se projecta o novo observatório, e do qual se espera que venha a integrar num futuro próximo o programa da INTERMAGNET (International Real-time Magnetic Observatory Network), que pretende estabelecer uma rede global e cooperante de observatórios digitais magnéticos, adoptando para os equipamentos de medida e registo as especificações standard modernas, de forma a facilitar a troca de dados e a produção de produtos magnéticos em tempo quase real.

Referências Bibliográficas [1] Carvalho, J. A. Simões de (1872) Memoria Historica da Faculdade de Philosophia, Imprensa da Universidade, 335 pp, Coimbra. [2] Wikipedia (The free enclycopedia), Página actualizada em 8 de Março de 2006 e consultada em 8 de Março de 2006, <http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_Sabine>. [3] Seiça e Santos, V. G. de (1995) Instituto Geofísico da Universidade de Coimbra (Bosquejo histórico), Edição de Autor (policopiado), 391 pp., Coimbra. [4] Ferraz de Carvalho (1920) O Magnetismo Terrestre em Coimbra: Resumo das observações de 58 anos (1866-1918), Imprensa Académica, 36 pp., Coimbra. [5] Lopes, A. de Jesus (1892) Observatório Meteorológico e Magnético da Universidade de Coimbra, in Congresso Pedagógico Hispano-Portuguez-Americano, Imprensa da Universidade, pp. 1-13, Coimbra, [6] Pais, M. Alexandra & Miranda, J. Miguel A. (1995) Secular Variation in Coimbra (Portugal) since 1866, J. Geomag. Geoelectr., 47, pp. 267-282. [7] Ribeiro, P. F. & Pais, M. A (2004) An account of Geomagnetic Observations in Coimbra since 1952, in Challenges for Geomagnetism, Aeronomy and Seismology un the XXI Century (International Workshop, Spain), Program and Abstracts, pp. 91. [8] IAGA, Division V, Working Group V-OBS: Geomagnetic observations, Página actualizada em 28 Setembro de 2005 e consultada em 8 de Março de 2006, <http://www.meteo.be/IAGA_WG_V.1/>.