Influência da ejeção de massa coronal na tecnologia terrestre

30 de maio, 2018 às 8:23 | Postado em Astronomia, Eletromagnetismo, Ondas eletromagnéticas, Radiação

Boa tarde, minha questão pode ser extremamente básica, mas não tenho certeza. Como a ejeção de massa coronal interage com os aparelhos eletrônicos em órbita e são capazes de darem Blackout na Terra? Sei que a ejeção de massa coronal é um fenômeno eletromagnético solar, e, claro… Vai influenciar nos satélites.. Mas o que acontece de fato nessa intenção? Como se dá essa interação e como influenciam na Terra? As informações disponíveis na internet são muito rasas, gostaria que um professor da UFRGS explicasse um pouco mais a fundo. Obrigado.

Vamos começar estabelecendo alguns aspectos básicos a respeito dos ambientes onde ocorrem os fenômenos que queremos discutir.

O Sol é uma estrela, uma grande esfera de material em estado de plasma, onde existem íons e elétrons livres. O Sol emite continuamente radiação eletromagnética, incluindo a faixa de frequências que caracteriza a luz visível, e também emite um fluxo de partículas energéticas que viajam através do sistema solar, constituindo o chamado vento solar. O Sol também tem associado a ele um campo magnético, que se estende através do sistema solar.

Por outro lado, a Terra é um corpo sólido, circundado por uma camada em estado gasoso, que é a atmosfera. As camadas externas da atmosfera estão continuamente sofrendo incidência de radiação ultravioleta, e também sofrendo incidência de partículas energéticas. Tanto a radiação ultravioleta quando as colisões das partículas energéticas ionizam átomos nas camadas externas da atmosfera, criando a chamada ionosfera. A Terra tem também um campo magnético, que envolve o planeta e permeia a ionosfera.

A magnitude do campo magnético terrestre diminui com a distância ao planeta, e a partir de certa distância se torna inferior à magnitude do campo magnético solar. A combinação do campo magnético solar com o campo terrestre forma em volta da Terra uma configuração de campo magnético que pode ser visualizada, qualitativamente, fazendo uso de uma representação do campo magnético por meio de linhas de campo. A imagem que resulta de uma representação usando linhas de campo mostra linhas de campo comprimidas junto ao planeta, no lado voltado para o Sol, que é o lado sujeito ao fluxo do vento solar, e mostra linhas bem estendidas, formando uma longa “cauda”, no lado oposto à direção do Sol. Essa configuração magnética contém as partículas ionizadas provenientes das camadas superiores da atmosfera, e também partículas provenientes do vento solar. Cabe lembrar que partículas dotadas de carga elétrica em movimento em uma região onde existe um campo magnético sofrem a ação da força magnética, que é perpendicular à direção da velocidade. Por outro lado, partículas dotadas de carga elétrica, em movimento, produzem campo magnético. Como o campo magnético afeta o movimento das partículas, e o movimento das partículas afeta o campo, o campo magnético acaba sendo resultado de um processo autoconsistente envolvendo os campos e as partículas carregadas. A estrutura resultante em torno do planeta, formada por campos e partículas, é conhecida como magnetosfera.

Como se pode perceber a partir desta descrição, perturbações no vento solar causam perturbações na magnetosfera. Entre essas perturbações existem aquelas conhecidas como tempestades geomagnéticas, que ocorrem na cauda da magnetosfera e que aceleram partículas carregadas. Estas partículas aceleradas viajam ao longo das linhas do campo magnético, convergindo em direção aos polos magnéticos da Terra. Quando atingem as camadas mais densas da atmosfera, as partículas energéticas podem colidir com átomos neutros da atmosfera, cedendo energia a estes átomos e excitando elétrons desses átomos para níveis de energia mais altos. Quando retornam para órbitas de menor energia, em torno dos núcleos atômicos, esses elétrons excitados emitem radiação eletromagnética, inclusive na forma de luz. Esse é basicamente o mecanismo de formação das chamadas auroras (que são chamadas de auroras boreais no hemisfério Norte e de auroras austrais no hemisfério Sul).

A pergunta se refere aos efeitos produzidos por perturbações mais intensas, associadas às ejeções coronais de massa (em inglês, coronal mass ejections, ou CME), que são produzidas por eventos energéticos nas camadas mais externas do Sol. Estas ejeções de massa viajam para longe do Sol e, se estiverem viajando na direção da Terra, podem atingir a magnetosfera terrestre e causar nesta grandes perturbações, devido ao mecanismo autoconsistente mencionado anteriormente. Entre outros efeitos decorrentes de CMEs bastante fortes incidindo sobre a magnetosfera terrestre, podem ser produzidas auroras mesmo em regiões da Terra bem afastadas das regiões polares, que normalmente não veem esse tipo de fenômeno.

Embora a magnetosfera tenha um papel extremamente importante para a manutenção da vida na Terra, ao capturar partículas energéticas que sem ela atingiriam a superfície, suas perturbações decorrentes pelas tempestades magnéticas tem efeito normalmente desprezível sobre os seres vivos. Entretanto, estas perturbações podem afetar de maneira significativa atividades humanas decorrentes de tecnologias que envolvem fenômenos eletromagnéticos. Por exemplo, transmissões de rádio na faixa de frequência que denominamos de AM normalmente podem ser recebidas a longa distância, porque sofrem reflexão na ionosfera, ao invés de se perderem no espaço. Quando a magnetosfera é perturbada por tempestades magnéticas, essas reflexões podem ser perturbadas, o que afeta as comunicações por rádio. Comunicações com satélites também podem ser prejudicadas, uma vez que os sinais utilizados para comunicação devem atravessar camadas da ionosfera. Os próprios satélites podem sofrer danos devido ao fluxo aumentado de partículas energéticas que acompanham as CMEs, pois essas partículas incidem diretamente sobre os satélites em órbita, e podem danificar delicados instrumentos eletrônicos. Outras tecnologias humanas podem também ser afetadas. Por exemplo, as variações abruptas do campo magnético causadas por uma grande tempestade magnética causam a ocorrência de campos elétricos induzidos, que podem gerar variações em correntes elétricas e assim causar danos às linhas de transmissão de energia elétrica. Um caso bem documentado desse gênero ocorreu na década de 80 do século XX, quando uma grande tempestade magnética causou pulsos de corrente em linhas de transmissão no Canadá, levando a uma sobrecarga do sistema elétrico, com desligamento sequencial de sistemas de segurança, o que levou a um blackout que afetou uma grande região do país.

Tempestades magnéticas tão fortes quanto esta da década de 1980 não são comuns, mas podem ocorrer a qualquer momento. Até o presente, não dispomos de conhecimento que permita prever a ocorrência de perturbações solares que levem a CMEs. O que é possível nos dias de hoje é manter vigilância sobre o Sol, observar quando ocorre uma CME significativa, e fazer então uma estimativa a respeito de quando ocorrerá a chegada do fenômeno na magnetosfera terrestre, e a magnitude de seus efeitos. É o que se chama de “previsão de tempo espacial”.

Finalmente, vale lembrar que a mais intensa tempestade magnética de que se tem registro ocorreu em 1859. Além de registrada por astrônomos e por instrumentos em observatórios, essa tempestade intensa causou alguns efeitos em linhas telegráficas. Não houve danos mais extensos porque a sociedade da época era muito menos tecnológica do que a que temos hoje em dia. Estima-se que uma perturbação tão intensa quanto aquela que ocorreu em 1859, se ocorresse hoje em dia, poderia causar danos em grande escala, e prejuízos da ordem de muitos bilhões de dólares, ao redor do mundo.