Como explosões solares se espalham pelo Sistema Solar

Se você, por acaso, olhe para o céu por algumas noites em maio de 2024, haveria uma boa chance de testemunhar um evento espetacular.

Para aqueles que viviam em latitudes relativamente baixas, houve a rara oportunidade de observar o brilho vermelho, rosa e verde da aurora do nosso planeta.

Uma poderosa tempestade solar liberou partículas carregadas que se dirigiram em direção à Terra a uma velocidade vertiginosa. E à medida que saltavam pela atmosfera do nosso planeta, geravam vistas espectaculares da aurora boreal e austral.

Graças ao enorme poder da tempestade geomagnética, o mais forte nas últimas duas décadasas imagens impressionantes da aurora boreal eram visíveis muito mais ao sul do que o normal – e muito mais ao norte, no caso da aurora austral.

Algumas pessoas viram apenas um brilho fraco e misterioso, mas outras conseguiram observar uma infinidade de cores – mesmo em locais distantes do Pólo Norte, como Ohio, nos Estados Unidos, e também em Londres. E houve relatos de visões ao norte de São Francisco, Califórnia (EUA).

Este pico na atividade solar pode ter deixado muitas pessoas na Terra encantadas com o espetáculo de luzes, mas também houve efeitos profundos em outras partes do Sistema Solar.

Enquanto a maioria de nós ficava maravilhada com a dança das cores no céu noturno, os astrônomos perscrutavam muito além da atmosfera da Terra. Eles tentavam observar os estranhos efeitos causados ​​por esses intensos jatos de partículas em planetas vizinhos e no espaço interplanetário.

“O Sol pode ejetar material em qualquer direção, como um pulverizador de jardim”, diz Jim Wild, professor de física espacial, da Universidade de Lancaster, no Reino Unido. “Os efeitos são sentidos em todo o Sistema Solar.”

Neste momento, o nosso Sol está a dirigir-se para o seu nível máximo de atividade – o ponto em que está mais ativo no seu ciclo de 11 anos. Talvez ele já tenha atingido esse pico.

Como resultado, o Sol produz mais jatos de radiação e partículas provenientes de erupções solares, além de eventos conhecidos como ejeções de massa coronal (CME). E, se forem lançados em nossa direção, poderão sobrecarregar o campo magnético da Terra – por um lado, causando magníficas auroras, mas, por outro, provocando problemas para satélites e redes elétricas.

“Tudo parece estar piorando agora”, diz o físico espacial Mathew Owens, da Universidade de Reading, no Reino Unido. “Acho que estamos perto do máximo solar, então poderemos ver mais tempestades desse tipo nos próximos anos.”

Diversas espaçonaves estão ao redor do Sol, observando de perto toda essa atividade.

Um deles, o Solar Orbiter, da Agência Espacial Europeia (ESA), estuda o Sol desde 2020, numa órbita que o coloca na altura de Mercúrio.

Atualmente, a sonda está “do outro lado do Sol para os observadores na Terra”, explica o cientista do projeto Daniel Müller, da missão Solar Orbiter da ESA, na Holanda. “Para que possamos ver o que a Terra não pode ver.”

A tempestade que atingiu o nosso planeta em maio originou-se de uma região ativa de erupções e manchas solares, ejeções de plasma e campos magnéticos distorcidos na superfície do Sol, conhecida como fotosfera.

A Solar Orbiter foi capaz de observar “várias erupções desta imensa região ativa que gira fora da vista da Terra”, diz Müller, bem como raios brilhantes de luz e regiões escuras conhecidas como manchas solares, na superfície do Sol.

Um dos objetivos da Solar Orbiter é “relacionar o que está acontecendo no Sol com o que está acontecendo na heliosfera”, segundo Müller. A heliosfera é uma imensa bolha de plasma que envolve o Sol e os planetas do Sistema Solar enquanto viajam pelo espaço interestelar.

Müller e os seus colegas esperam aprender mais sobre onde o vento solar – o fluxo constante de partículas que escapam do Sol e atravessam o nosso Sistema – “sopra no meio interestelar”, explica ele.

“Portanto, estamos particularmente interessados ​​em quaisquer elementos energéticos do Sol que possamos encontrar na turbulência do vento solar.”

O ciclo atual é o número 25. Parece ser “significativamente mais ativo do que o previsto”, segundo Müller.

O número relativo de manchas solares é o índice usado para medir a atividade na superfície visível do Sol. E, atualmente, é muito superior ao observado no pico do ciclo anterior.

A Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos (Noaa) havia previsto uma média mensal máxima de 124 manchas solares por dia em maio, mas o número real foi, em média, 170 – e houve um dia com mais de 240 manchas, segundo Müller. .

Mas a razão exacta do ciclo solar de 11 anos e das suas variações ainda é um mistério.

Os efeitos em cada um dos planetas

Os efeitos destas mudanças na atividade solar estendem-se, na verdade, a todo o sistema. Afinal, a Terra não é o único planeta atingido por tempestades solares à medida que se espalham pelo espaço interplanetário.

Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol, tem um campo magnético muito mais fraco que o da Terra (cerca de 100 vezes menor) e a sua atmosfera não é significativa. Mas a atividade solar pode fazer com que a superfície do planeta brilhe com raios X quando o vento solar diminui.

Vênus também não possui um campo magnético significativo. Ainda assim, o planeta observa auroras, quando o vento solar interage com a ionosfera venusiana.

Em Marte, o efeito da atividade solar é mais claro. A espaçonave da NASA chamada Maven (sigla em inglês para Atmosphere and Volatile Evolutions on Mars) orbita o planeta e estuda sua atmosfera desde 2014.

“Estávamos na fase de atividade reduzida do ciclo solar 24 [naquela época]“, lembra a cientista planetária Shannon Curry, da Universidade do Colorado em Boulder, nos Estados Unidos. Ela é a líder da missão Maven.

“Estamos agora nos aproximando do pico do ciclo 25 e esta série recente de regiões ativas produziu a atividade mais forte já observada pelo Maven”, destaca ela.

Entre 14 e 20 de maio, a sonda detectou atividade solar invulgarmente poderosa em Marte, incluindo uma explosão solar X8.7. As explosões solares geralmente recebem classificações de B, C, M ou X (da mais fraca à mais forte).

Os resultados do evento ainda precisam ser estudados, mas Curry observou que uma erupção anterior do X8.2 resultou em “uma dúzia de estudos” publicados em revistas científicas.

Outra erupção em 20 de maio, que mais tarde foi estimada como sendo ainda maior (X.12), lançou raios X e raios gama em direção a Marte. E uma ejeção de massa coronal subsequente emitiu uma grande quantidade de partículas carregadas na mesma direção.

Imagens transmitidas de Marte pelo robô Curiosity, da NASA, revelaram a quantidade de energia que atingiu a superfície do planeta. Os traços e pontos causados ​​pelas partículas carregadas que atingiram os sensores da câmera geraram imagens de “dança com a neve”, segundo comunicado da NASA.

Maven capturou uma aurora brilhante quando as partículas atingiram a atmosfera de Marte, envolvendo todo o planeta num brilho ultravioleta.

As erupções podem causar “aumentos dramáticos” na temperatura da atmosfera marciana, segundo Curry.

“[A temperatura] pode até dobrar na atmosfera superior. A própria atmosfera infla. Toda a atmosfera se expande por dezenas de quilómetros – o que é fascinante para os cientistas, mas prejudicial para as naves espaciais, pois quando a atmosfera se expande aumenta o arrasto sobre ela.”

A expansão da atmosfera também pode causar degradação dos painéis solares das naves espaciais que orbitam Marte, devido ao aumento da radiação. “As duas últimas erupções causaram mais degradação do que o normalmente esperado durante um terço do ano”, segundo Curry.

Embora tenha perdido a maior parte do seu campo magnético, Marte “ainda tem campos magnéticos remanescentes na crosta – pequenas bolhas por todo o hemisfério sul”, diz Curry. E durante um evento solar, partículas carregadas podem iluminar essas bolhas e despertá-las.

“Em todos os lugares onde há luz do dia, surge o que chamamos de aurora difusa”, explica Curry. “Todo o céu brilha. Muito provavelmente, seria visível para os astronautas na superfície.”

As tempestades solares tendem a se dissipar quando atingem o sistema solar externo, mas ainda impactam os planetas em seu caminho.

É por isso que Júpiter, Saturno, Urano e Netuno têm auroras, causadas, em parte, pela interação entre as partículas carregadas do Sol e os seus próprios campos magnéticos.

Mas os astrónomos estão ansiosos por estudar um dos principais efeitos da actividade solar no espaço interplanetário. Este é o chamado “vento solar lento”, um fluxo mais denso e lento de plasma e partículas carregadas do Sol.

De acordo com o astrônomo solar Steph Yardley, da Universidade de Northumbria, no Reino Unido, a velocidade do vento solar é “geralmente avaliada em cerca de 500 km/s”, mas o vento solar lento cai abaixo desse mínimo. Sua temperatura também é mais baixa e tende a ser mais volátil.

Estudos recentes realizados por Yardley e seus colegas, utilizando dados da Solar Orbiter, indicam que a atmosfera do Sol, a sua coroa, influencia a velocidade do vento solar.

Regiões com linhas de campo magnético, direção de campo e partículas carregadas “abertas” – que se espalham pelo espaço sem retornar – fornecem um caminho para o vento solar atingir altas velocidades.

Os circuitos fechados em algumas regiões ativas, onde as linhas do campo magnético não têm começo nem fim, podem ocasionalmente quebrar, produzindo o lento vento solar.

A variabilidade do vento solar lento parece ser determinada pela fluxo imprevisível de plasma dentro do Sol, o que torna o campo magnético particularmente caótico.

As erupções de classe X e as ejeções de massa coronal observadas em maio transformaram o meio interplanetário à medida que lançavam material através do Sistema Solar. A Solar Orbiter detectou um enorme pico de íons movendo-se a milhares de quilômetros por segundo imediatamente após a erupção de 20 de maio.

O número de erros de memória aumentou dramaticamente em computadores a bordo de outras naves espaciais – a sonda BepiColombo, actualmente numa viagem de sete anos a Mercúrio, e a Mars Express, em órbita em torno de Marte. Este fenômeno foi causado por partículas solares de alta energia que atingiram as células de memória.

No dia seguinte após a ejeção de massa coronal, os magnetômetros a bordo da Solar Orbiter também observaram grandes flutuações no campo magnético ao redor da espaçonave, à medida que uma enorme bolha de plasma composta de partículas carregadas foi liberada pelo evento e passou pela espaçonave. 1.400 km/s.

O aumento da atividade solar é uma bênção para os cientistas.

“Se olharmos para o número de estudos produzidos por físicos solares, podemos quase encontrar um ciclo de 11 anos”, diz Owens. “Somos todos mais produtivos cientificamente quando há muita atividade para estudar.”

À medida que o Sol se move em direção à sua atividade máxima, o Sistema Solar verá cada vez mais atividade fluindo da superfície da estrela. Todos os planetas observam pelo menos parte desta atividade, mas a Terra sofre as maiores consequências.

“A Terra é quase única porque este clima espacial pode ter efeitos interessantes na tecnologia humana”, explica Wild. “Há uma dimensão extra aqui na Terra.”

E talvez estes efeitos antropogénicos também possam ser sentidos noutros lugares, algum dia.

“Se você for viajar para Marte e fizer um vôo de seis meses através do ambiente interplanetário, poderá experimentar muitos eventos climáticos espaciais”, diz Wild. “Como proteger os astronautas é uma questão interplanetária que precisamos começar a estudar”.

Leia o versão original deste relatório (Em inglês).

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