Como é o clima no espaço?

Além do clima único que ocorre em cada um dos nossos planetas vizinhos, há também o clima espacial — perturbações causadas por várias erupções no Sol, que ocorrem na vastidão do espaço interplanetário (a heliosfera) e no ambiente espacial próximo à Terra.Tal como o clima na Terra, o clima espacial ocorre 24 horas por dia, muda continuamente e à vontade, e pode ser prejudicial para as tecnologias e a vida humana. No entanto, como o espaço é um vácuo quase perfeito (não contém ar e é uma extensão quase vazia), os seus tipos de clima são estranhos aos da Terra. Enquanto o clima da Terra é composto por moléculas de água e ar em movimento, o clima espacial é composto por “matéria estelar” – plasma, partículas carregadas, campos magnéticos e radiação eletromagnética (EM), cada um emanando do Sol.

Tipos de clima espacial

O Sol não só controla o clima da Terra , mas também o clima no espaço. Seus vários comportamentos e erupções geram, cada um, um tipo único de evento climático espacial.

Vento solar

Como não há ar no espaço, o vento como o conhecemos não pode existir lá. No entanto, existe um fenómeno conhecido como vento solar – correntes de partículas carregadas chamadas plasma e campos magnéticos que irradiam constantemente do Sol para o espaço interplanetário. Normalmente, o vento solar viaja a velocidades “lentas” de quase um milhão de quilómetros por hora e demora cerca de três dias a viajar até à Terra. 1 Mas se buracos coronais (regiões onde as linhas do campo magnético se projetam diretamente para o espaço em vez de retornarem à superfície do Sol) se desenvolverem, o vento solar poderá soprar livremente para o espaço, viajando a até 2,7 milhões de km/h – o que é seis vezes mais rápido do que um raio (líder escalonado) viaja pelo ar.

Manchas solares

A maioria das características do clima espacial são geradas pelos campos magnéticos do Sol, que normalmente estão alinhados, mas podem se emaranhar ao longo do tempo devido ao equador do Sol girar mais rápido do que seus polos. Por exemplo, manchas solares — regiões escuras do tamanho de planetas na superfície do Sol — ocorrem onde linhas de campo agrupadas sobem do interior do Sol para sua fotosfera, deixando áreas mais frias (e, portanto, mais escuras) no centro desses campos magnéticos confusos. Como resultado, as manchas solares emitem campos magnéticos poderosos. Mais importante, porém, as manchas solares agem como um “barômetro” de quão ativo o Sol é: quanto maior o número de manchas solares, mais tempestuoso o Sol geralmente é — e, portanto, mais tempestades solares, incluindo erupções solares e ejeções de massa coronal, os cientistas esperam.

Semelhante aos padrões climáticos episódicos na Terra, como El Niño e La Niña , a atividade das manchas solares varia ao longo de um ciclo plurianual que dura cerca de 11 anos. O atual ciclo solar, ciclo 25, começou no final de 2019. Entre agora e 2025, quando os cientistas preveem que a atividade das manchas solares atingirá o pico ou atingirá o “máximo solar”, a atividade do Sol aumentará. 3 Eventualmente, as linhas do campo magnético do Sol irão reiniciar, desenrolar-se e realinhar-se, altura em que a actividade das manchas solares diminuirá para um “mínimo solar”, que os cientistas prevêem que ocorrerá até 2030 . Depois disso, o próximo ciclo solar começará.

Erupções solares

Aparecendo como flashes de luz em forma de bolhas, as erupções solares são explosões intensas de energia (radiação EM) da superfície do Sol. De acordo com a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA), elas ocorrem quando o movimento de agitação dentro do interior do Sol contorce as próprias linhas do campo magnético do Sol. E assim como um elástico que volta à forma depois de ser fortemente torcido, essas linhas de campo se reconectam explosivamente em seu formato de loop característico, lançando grandes quantidades de energia para o espaço durante o processo. 4

Embora durem apenas minutos ou horas, as erupções solares liberam cerca de dez milhões de vezes mais energia do que uma erupção vulcânica , de acordo com o Goddard Space Flight Center da NASA. 5 Como as erupções viajam na velocidade da luz, levam apenas oito minutos para fazer o trajeto de 150 milhões de quilômetros do Sol até a Terra, que é o terceiro planeta mais próximo dele.

Ejeções de massa coronal

Ocasionalmente, as linhas do campo magnético que se torcem para formar erupções solares ficam tão tensas que se rompem antes de se reconectarem. Quando eles se rompem, uma nuvem gigante de plasma e campos magnéticos da coroa do Sol (atmosfera superior) escapa explosivamente. Conhecidas como ejeções de massa coronal (CMEs), essas explosões de tempestades solares normalmente transportam um bilhão de toneladas de material coronal para o espaço interplanetário.

As CMEs tendem a viajar a velocidades de centenas de quilômetros por segundo e levam de um a vários dias para chegar à Terra. No entanto, em 2012, uma das naves espaciais do Observatório de Relações Solares Terrestres da NASA registou uma CME a até 3.500 quilómetros por segundo ao deixar o Sol. É considerado o CME mais rápido já registrado. 6

Como o clima espacial afeta a Terra

O clima espacial emite grandes quantidades de energia no espaço interplanetário, mas apenas tempestades solares que são direcionadas à Terra, ou que irrompem do lado do Sol que está atualmente voltado para a Terra, têm o potencial de nos impactar. (Como o Sol gira cerca de uma vez a cada 27 dias, o lado que está voltado para nós muda de um dia para o outro.)

Quando tempestades solares direcionadas à Terra ocorrem , elas podem significar problemas para tecnologias humanas, bem como para a saúde humana. E, diferentemente do clima terrestre, que no máximo impacta várias cidades, estados ou países, os efeitos do clima espacial são sentidos em escala global.

Tempestades Geomagnéticas

Sempre que o material solar proveniente do vento solar, CMEs ou erupções solares chega à Terra, ele colide com a magnetosfera do nosso planeta – o campo magnético semelhante a um escudo gerado pelo ferro fundido eletricamente carregado que flui no núcleo da Terra. 7 Inicialmente, as partículas solares são desviadas; mas à medida que as partículas que empurram a magnetosfera se acumulam, o acúmulo de energia eventualmente acelera algumas das partículas carregadas que passam pela magnetosfera. Uma vez lá dentro, estas partículas viajam ao longo das linhas do campo magnético da Terra, penetrando na atmosfera perto dos pólos norte e sul e criando tempestades geomagnéticas – flutuações no campo magnético da Terra.

Ao entrarem na atmosfera superior da Terra, estas partículas carregadas causam estragos na ionosfera – a camada da atmosfera que se estende de cerca de 60 a 300 quilómetros acima da superfície da Terra. Eles absorvem ondas de rádio de alta frequência (HF), o que pode fazer com que as comunicações de rádio, bem como as comunicações por satélite e os sistemas GPS (que usam sinais de frequência ultra-alta) parem. Eles também podem sobrecarregar as redes de energia elétrica e podem até penetrar profundamente no DNA biológico de humanos que viajam em aeronaves que voam alto, expondo-os ao envenenamento por radiação.

Auroras

Nem todo clima espacial viaja para a Terra para fazer travessuras. À medida que partículas cósmicas de alta energia de tempestades solares passam pela magnetosfera, seus elétrons começam a reagir com gases na atmosfera superior da Terra e acendem auroras nos céus do nosso planeta. (A aurora boreal , ou luzes do norte, dança no polo norte, enquanto a aurora austral, ou luzes do sul, brilham no polo sul.) Quando esses elétrons se misturam com o oxigênio da Terra, as luzes aurorais verdes são acesas, enquanto o nitrogênio produz cores aurorais vermelhas e rosa. 8

Normalmente, as auroras são visíveis apenas nas regiões polares da Terra, mas se uma tempestade solar for particularmente intensa, o seu brilho luminoso pode ser visto em latitudes mais baixas. Durante uma tempestade geomagnética desencadeada pela CME conhecida como Evento Carrington de 1859, por exemplo, a aurora pôde ser vista em Cuba.

Aquecimento e resfriamento global

O brilho do Sol (irradiância) também impacta o clima da Terra. Durante os máximos solares, quando o Sol está mais ativo com manchas solares e tempestades solares, a Terra naturalmente se aquece; mas apenas ligeiramente. De acordo com a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), apenas cerca de um décimo de 1% a mais de energia solar chega à Terra. 9 Da mesma forma, durante os mínimos solares, o clima da Terra esfria ligeiramente.

Previsão do clima espacial

Felizmente, cientistas do Centro de Previsão do Clima Espacial (SWPC) da NOAA monitoram como tais eventos solares podem afetar a Terra. Isso inclui fornecer condições climáticas espaciais atuais, como a velocidade do vento solar, e emitir previsões climáticas espaciais de três dias. Perspectivas prevendo condições de até 27 dias à frente também estão disponíveis. A NOAA também desenvolveu escalas climáticas espaciais que, de forma semelhante às categorias de furacões e classificações de tornados EF , transmitem rapidamente ao público se quaisquer impactos de tempestades geomagnéticas, tempestades de radiação solar e apagões de rádio serão menores, moderados, fortes, severos ou extremos.

A Divisão de Heliofísica da NASA apoia o SWPC conduzindo pesquisas solares. Sua frota de mais de duas dúzias de espaçonaves automatizadas, algumas das quais estão posicionadas no Sol, observam o vento solar, o ciclo solar, as explosões solares e as mudanças na saída de radiação do Sol 24 horas por dia, e retransmitem esses dados e imagens de volta para a Terra.