O que é uma tempestade solar? Quanto tempo dura e quais os perigos envolvidos?

O que é uma tempestade solar? Quanto tempo dura e quais os perigos envolvidos?

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 23 de Maio de 2021 às 19h00
NASA

A atividade do Sol afeta o clima espacial de todo o Sistema Solar de várias formas, e uma delas é a tempestade solar. Esse fenômeno pode ser bastante prejudicial à nossa civilização, mas, na maioria das vezes, as tempestades solares causam efeitos de baixo impacto para nós — e alguns deles são até mesmo positivos, como é o caso das auroras boreais e austrais, que proporcionam espetáculos esverdeados no céu dos polos do planeta.

O que é uma tempestade solar?

Uma erupçao solar e o tamanho da Terra para fins de comparação (Imagem: Reprodução/NASA/SDO)

Para entender as tempestades solares é preciso antes conhecer um pouco dos tipos de atividade solar e como eles interagem com nosso planeta, ou melhor, com o campo magnético que envolve a Terra. Embora o Sol pareça uma simples esfera luminosa, não podemos esquecer que ele é uma estrela, ou seja, um gigantesco reator termonuclear que eventualmente dispara enormes quantidades de radiação concentrada na forma de partículas em um fluxo constante chamado “vento solar”.

Assim, ele banha regularmente o Sistema Solar — o que inclui obviamente a Terra — em energia não só na forma de luz, mas também de partículas eletricamente carregadas e campos magnéticos. Os impactos resultantes disso são o que os cientistas chamam de clima espacial. Os ventos solares podem atingir alguns milhões de km/h, carregando um milhão de toneladas de matéria ao espaço a cada segundo, e chegam até muito além dos planetas do Sistema Solar.

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Há vários outros eventos mais esporádicos ocorrendo no Sol. A atividade solar associada ao clima espacial pode ser dividida em quatro categorias principais: erupções solares, ejeções de massa coronal (EMC), vento solar de alta velocidade e emissão de partículas energéticas solares. Todas essas atividades ocorrem devido a diversos mecanismos, em determinados intervalos de tempo. Por fim, chamamos de tempestade solar (ou tempestade geomagnética) quando uma onda de choque causada por estes eventos causam uma perturbação temporária na magnetosfera.

Ilustração da dinâmica do clima espacial e o campo magnético da Terra (Imagem: Reprodução/NASA)

A magnetosfera é a “bolha” magnética que protege nosso planeta dessas emissões solares. Sem uma magnetosfera, haveria um impacto direto de plasma e partículas de alta energia em nossa atmosfera. Então, podemos definir a tempestade solar como o efeito da interação dos ventos solares com o nosso campo magnético. Quando o vento solar chega até nós, ele comprime a magnetosfera, e o campo magnético do próprio vento solar interage com o nosso campo magnético, transferindo um aumento de energia na região afetada.

Essas interações causam um aumento na circulação de plasma através da magnetosfera terrestre e um aumento da corrente eléctrica na ionosfera. Se o campo magnético solar que chega é direcionado para o sul, ele interage fortemente com o campo magnético de orientação oposta da Terra. O campo magnético da Terra é então aberto como uma cebola, permitindo que partículas energéticas do vento solar fluam pelas linhas de campo para atingir a atmosfera sobre os polos.

Uma tempestade geomagnética pode durar apenas alguns minutos, ou várias horas, mas os efeitos das tempestades geomagnéticas podem permanecer na magnetosfera e na atmosfera da Terra por dias a semanas. A tempestade também resulta em uma queda rápida na força da magnetosfera da Terra por um período que pode ir de 6 a 12 horas. Depois, o campo magnético se recupera gradualmente, ao longo de alguns dias.

Erupções solares

Um dos eventos que causam as tempestades geomagnéticas são as erupções solares, também conhecidas como “flares”, do termo em inglês. São basicamente explosões na superfície do Sol causadas por mudanças repentinas no seu campo magnético, resultando em altos níveis de radiação na forma de plasma — uma espécie de gás formado por hidrogênio e hélio eletricamente carregados.

Isso ocorre quando uma gigantesca quantidade de energia é armazenada em campos magnéticos localizados acima de manchas solares. Então, essa energia acumulada explode, produzindo um pulso gigantesco de radiação que abrange espectro eletromagnético, desde as ondas de rádio até os raios X e raios gama.

Essas erupções costumam ocorrer com mais frequência na época de máximo solar, que ocorre uma vez a cada ciclo de 11 anos. Existem três categorias de erupções — as de classe X, que são as grandes erupções que podem afetar muito nossos equipamentos eletrônicos e produzir tempestades geomagnéticas de longa duração; as de classe M, que são de média intensidade e afetam as regiões dos polos; as erupções classe C, que são pequenas e não afetam o planeta.

Ejeções de massa coronal

Ejeção de massa coronal de 2000 (Imagem: Reprodução/ESA/NASA/SOHO)

Ejeções de massa coronal (EMC) são erupções de gás ionizado a alta temperatura, geralmente associadas a uma erupção solar, embora ainda não haja uma relação muito bem estabelecida entre esses fenômenos. A maior parte das ejeções origina-se em grupos de manchas solares e elas acontecem pelo menos três vezes ao dia durante o período de máximo solar. Já no mínimo solar, há apenas uma ejeção a cada cinco dias, em média.

As ejeções podem alcançar velocidade de 20 km/s a 3200 km/s, com média em 489 km/s, de acordo com dados da SOHO e da LASCO. As partículas de altas energias lançadas no espaço podem transportar 10 bilhões de toneladas de gás eletrizado que formam uma nuvem de plasma e, quando atingem a Terra, a magnetosfera do planeta desvia a maior parte da radiação, mas uma parte pode chegar à atmosfera superior, causando as tempestades geomagnéticas.

Entretanto, uma EMC pode impactar a Terra apenas se ocorrer no lado do Sol voltado para a Terra no momento em que ela é produzida. Em outras palavras, se os cientistas puderem ver os flares diretamente do local em que surgem, podemos ser impactados por ele.

Fenômenos associados às tempestade solares

Ilustração de alguns dos efeitos de uma tempestade solar que podem afetar nossas tecnologias (Imagem: Reprodução/NASA)

Existem vários fenômenos atmosféricos que os cientistas associam às tempestades solares, como as auroras boreais e austrais, que se manifestam através de faixas luminosas em tons esverdeados. Quando as partículas eletricamente carregadas conseguem penetrar através da magnetosfera, elas chocam-se com os átomos de oxigênio e nitrogênio da atmosfera, o que resulta em radiação no comprimento da onda da luz visível. Essa radiação é atraída pelo campo magnético do planeta para as regiões mais frágeis que são os polos.

Contudo, há uma série de efeitos negativos que uma tempestade solar pode nos causar. Embora não haja evidências de que elas podem ameaçar a vida na Terra, elas podem danificar equipamentos elétricos, principalmente nas latitudes altas, onde se concentram os efeitos. Isso significa que ondas de descarga elétrica podem atingir os cabos de transmissão de força, causando curtos-circuitos, queima de equipamentos, panes em sistemas elétricos e redes de distribuição de energia.

Também pode prejudicar circuitos integrados, computadores de bordo, satélites, foguetes, sistemas da Estação Espacial Internacional, entre outros. Em caso extremo pode causar blecautes nos sistemas de transmissão e nos transformadores de energia elétrica das cidades, o que resultaria em prejuízo de alguns bilhões de dólares, e potencialmente colocaria em risco a vida de pacientes em hospitais, por exemplo.

Aurora são resultado da interação de partículas do vento solar com o campo magnético (Imagem: Reprodução/ Hallgrimur P. Helgason)

Já vimos alguns desses efeitos no passado. Durante o famoso "Evento Carrington", em 1859, auroras foram vistas no Havaí e redes de telégrafos queimaram. Em 1989, uma tempestade geomagnética energizou linhas de transmissão de energia que interromperam a distribuição de energia elétrica na maior parte da província de Quebec, no Canadá.

Hoje, as companhias aéreas operam em mais de 7.500 rotas polares por ano, que levam as aeronaves a latitudes onde a comunicação por satélite não pode ser usada, e as tripulações de voo devem usar o rádio de alta frequência para manter a comunicação com o controle de tráfego aéreo. Eventos climáticos espaciais podem resultar em blecautes de rádio, e o fenômeno pode durar vários dias, durante os quais a aeronave precisa ser desviada para latitudes onde as comunicações por satélite podem ser usadas.

Para evitar problemas como estes, os cientistas se dedicam no estudo do Sol para entender melhor os mecanismos que causam os fenômenos como erupções solares e ejeções de massa coronal, a fim de prever quando uma tempestade solar mais forte atingirá nosso planeta. Se for possível prevê-las com alguns dias de antecedência, as autoridades poderão proteger os equipamentos eletrônicos, desativando os sistemas e mantendo apenas o essencial. Assim, os componentes integrados e computadores podem ser preservados.

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