Bjorn Birnir tem pavor de um colega de assento no avião perguntando o que ele faz da vida. Isso porque Birnir é um dos maiores estudiosos do mundo da turbulência, o movimento caótico de fluidos, como água ou ar, em meio a uma perturbação. Inevitavelmente, o colega de assento fará a Birnir a única pergunta que ele sabe que virá e reluta em responder: Afinal, quão perigosa é a turbulência?

Hoje em dia, essa pergunta é feita com uma frequência cada vez maior pelos três milhões de pessoas que chegam e partem diariamente de aeroportos americanos. Antes aparentemente relegada a um incômodo secundário da aviação comercial, como comida ruim e espaço insuficiente para as pernas, a turbulência severa só está piorando. Em 2023, pesquisadores britânicos usaram dados meteorológicos coletados ao longo de várias décadas para chegar à conclusão de que a turbulência severa sobre o Atlântico Norte havia aumentado em 55% entre 1979 e 2020. (O estudo analisou apenas a turbulência em ar limpo, que ocorre quando um avião não está voando em meio a uma tempestade ou sobrevoando uma cadeia de montanhas; esse tipo de turbulência é especialmente difícil de prever.)

— Pensei muitas vezes que seria maravilhoso se pudéssemos tornar as viagens aéreas um pouco mais agradáveis — disse Birnir, que dirige o Centro de Ciências Complexas e Não Lineares da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, e também preside o departamento de matemática da instituição.

Sua contribuição mais recente para esse esforço é um artigo publicado recentemente na revista científica Physical Review Research, que, segundo ele, apresentou indiscutivelmente o modelo mais avançado de movimento turbulento. Esse modelo poderia, por sua vez, ajudar engenheiros que se esforçam para tornar os voos mais seguros e menos estressantes.

— O design de aeronaves será beneficiado — disse Birnir — Definitivamente, veremos modelos meteorológicos melhores.

Thomas Q. Carney, professor aposentado de tecnologia de aviação na Universidade Purdue que registrou mais de 11.000 horas de voo como piloto, disse que quanto melhor o modelo, mais ele captura do campo turbulento específico e, então, melhor a previsão, que é o que o piloto vai usar.

Voar em companhias aéreas americanas continua excepcionalmente seguro, mas acidentes recentes começaram a minar a confiança na aviação comercial. Este mês, o Conselho Nacional de Segurança nos Transportes (NHSB) divulgou um relatório provisório sobre um voo da Delta Air Lines que feriu várias pessoas durante um encontro no final de julho com ar inesperadamente agitado sobre o Wyoming. Os pilotos tentaram evitar o mau tempo, mas foram inesperadamente jogados para longe por correntes turbulentas. (As mudanças climáticas também podem estar tendo um efeito, já que o aquecimento da atmosfera afeta a pressão do ar e a velocidade do vento.)

A turbulência há muito tempo representa um desafio para os cientistas, embora pesquisadores tenham feito mudanças significativas na compreensão de seu funcionamento nos últimos anos. Richard P. Feynman, físico ganhador do Prêmio Nobel, certa vez a chamou de “o problema não resolvido mais importante da física clássica”.

— Um dos motivos é que a turbulência se baseia em muitos elementos móveis, por assim dizer, temperatura, pressão, vento etc — disse Patrick Smith, que escreve sobre aviação em seu site, Ask the Pilot — Os fatores e as condições que causam o ar agitado podem mudar muito rapidamente.

O sistema é inerentemente caótico, recusando-se a evoluir ao longo de um caminho previsível. Partículas em movimento turbulento começam a divergir em direções diferentes, disse Tanner D. Harms, que estudou turbulência como doutorando no Instituto de Tecnologia da Califórnia. Essas direções são excepcionalmente difíceis de modelar com precisão.

— A definição de caos está quase intrínseca à própria turbulência — afirma Harms.

Para tentar dar sentido ao caos, Birnir trabalhou com Luiza Angheluta-Bauer, física teórica da Universidade de Oslo, para elaborar um modelo que combina dois métodos diferentes de observação da turbulência: as chamadas mecânicas lagrangiana e euleriana. Especialistas afirmam que nenhuma das duas abordagens consegue explicar completamente, por si só, como a turbulência funciona.

Isso ocorre porque essas duas estruturas analisam aspectos fundamentalmente diferentes de um sistema turbulento. Na mecânica lagrangiana, os pesquisadores observam uma partícula simples, enquanto na estrutura euleriana observam um único ponto no espaço. Simplificando, a mecânica lagrangiana é como observar uma folha fluindo rio abaixo, sujeita aos caprichos dos redemoinhos na água. Por outro lado, a mecânica euleriana é como observar uma rocha que se projeta da superfície do rio e estudar como a turbulência da água se move em torno desse ponto fixo.

A turbulência lagrangiana é mais complexa de modelar porque requer a compreensão de como uma partícula isolada se comportará.

— Essa partícula isolada executará o movimento mais complexo que se possa imaginar — disse Birnir.

Saber como cada tipo de turbulência se encaixa no panorama geral é semelhante a selecionar a lente apropriada para um microscópio, já que ambos dependem muito da perspectiva.

— Mesma turbulência, histórias diferentes — disse Tomek Jaroslawski, pesquisador de pós-doutorado no Centro de Pesquisa de Turbulência de Stanford — Nenhuma das visões está errada — são apenas maneiras diferentes de fazer uma pergunta à natureza.

Ele e Angheluta-Bauer utilizaram abordagens teóricas e estatísticas. Anteriormente, os físicos não haviam conseguido elaborar um modelo tão abrangente de movimento turbulento.

— O resultado é inédito, não há dúvida sobre isso — disse Katepalli Sreenivasan, ex-reitor da Escola de Engenharia Tandon da Universidade de Nova York, reconhecendo que alguns especialistas discordavam de sua avaliação.

— A turbulência totalmente desenvolvida é onde as coisas ficam simplesmente loucas — disse J. Doyne Farmer, professor de sistemas complexos e caóticos na Universidade de Oxford — Esses vórtices se comportam de forma muito caótica, e há muitos graus de liberdade.

Birnir afirmou acreditar que o voo da Delta sobre o Wyoming parece ser um exemplo típico de intermitência severa na turbulência euleriana, embora tenha afirmado não poder fazer uma análise definitiva sem acesso aos dados brutos. Ele afirmou que um modelo de turbulência mais detalhado poderia ter permitido aos pilotos tomar medidas preventivas, como reduzir a potência dos motores, para combater a irregularidade euleriana sobre a qual estavam voando.

Carney, da Universidade Purdue, confessou que parte do trabalho realizado por Birnir e por Angheluta-Bauer estava além de sua compreensão e provavelmente estaria além do alcance de qualquer piloto sem experiência em dinâmica de fluidos computacional. Mas isso não diminuiu sua utilidade potencial.

— Estou confiante de que eles estão contribuindo para o avanço do conhecimento — disse.