Reformulando o icônico Evento de Carrington como apenas uma das muitas supertempestades do passado da Terra.

Crédito da imagem: NASA / SDO

Os cientistas revelam o potencial de erupções solares ainda mais massivas e potencialmente destrutivas.

Em 1º de maio de 2019, a estrela ao lado explodiu.

Em questão de segundos, Proxima Centauri, a estrela mais próxima do nosso Sol, ficou milhares de vezes mais brilhante do que o normal, até 14.000 vezes mais brilhante na faixa ultravioleta do espectro. A explosão de radiação foi forte o suficiente para dividir qualquer molécula de água que pudesse existir no planeta temperado do tamanho da Terra orbitando aquela estrela; repetidas explosões dessa magnitude podem ter desprovido o planeta de qualquer atmosfera.

Seria uma má notícia se o sol da Terra ficasse tão zangado.

Mas o Sol tem seus momentos, o mais famoso, na madrugada de 2 de setembro de 1859. Naquela época, uma aurora brilhante iluminou o planeta, aparecendo tão ao sul quanto de Havana. As pessoas no Missouri podiam ver à sua luz, enquanto os mineiros que dormiam ao ar livre nas Montanhas Rochosas acordaram e, pensando que já era alvorada, começaram a preparar o café da manhã. “Todo o hemisfério norte estava tão claro como se o Sol tivesse se posto uma hora antes”, noticiou o Times of London alguns dias depois.

Enquanto isso, as redes telegráficas enlouqueceram. Faíscas voaram de equipamentos, alguns dos quais pegaram fogo - e operadores em Boston e Portland, Maine, arrancaram cabos telegráficos das baterias, mas continuaram transmitindo, alimentados pela energia elétrica que fluía pela Terra.

Os eventos daquela sexta-feira evocaram descrições bíblicas. “As mãos dos anjos mudaram o cenário glorioso dos céus”, relatou o Cincinnati Daily Commercial. O ímpeto real foi um pouco mais prosaico: os céus foram incendiados por uma enorme bolha de gás eletricamente carregada, disparada do Sol após um flash de luz conhecido como erupção solar.

O clima espacial encapsula as condições prevalecentes no sistema solar causadas pelo vento solar e pelo campo magnético de longo alcance do sol. Mudanças repentinas no Sol, como erupções e erupções de material, são como frentes climáticas, trazendo com elas “tempestades” magnéticas que podem ser sentidas nos planetas. Na Terra, isso pode causar auroras impressionantes, mas também pode criar confusão com a eletrônica. O clarão de uma erupção leva cerca de 8 minutos para chegar à Terra; o material solar expelido do sol em uma ejeção de massa coronal (CME) pode levar horas a dias para percorrer a distância. As tempestades magnéticas podem ser breves ou durar muitos dias. Crédito da imagem: Knowable magazine

Essa bolha, um emaranhado de plasma e campos magnéticos - é conhecida como ejeção de massa coronal. Após a chegada à Terra, tal ejeção pode desencadear a mais feroz das tempestades geomagnéticas. A tempestade de 1859, chamada de Evento Carrington em homenagem ao cientista que testemunhou a erupção que a precedeu, há muito tempo é considerada a mais poderosa pancada que o sol já desferiu.

Mas, nos últimos anos, pesquisas indicaram que o Evento Carrington foi apenas uma amostra do que o Sol pode lançar sobre nós. Anéis de árvores e núcleos de gelo codificam ecos de tempestades solares dramaticamente mais fortes no passado distante. E outras estrelas, como Proxima Centauri, mostram que mesmo as explosões solares mais energéticas documentadas empalidecem em comparação com o que é possível.

No entanto, o evento Carrington oferece pistas importantes sobre o que o Sol pode ter reservado para a Terra no futuro, escreve o físico solar Hugh Hudson na Revisão Anual de Astronomia e Astrofísica de 2021. “O perigo espreita os ativos tecnológicos da humanidade, especialmente aqueles no espaço”, escreve Hudson, da Universidade de Glasgow. Na sequência de um evento semelhante ao de Carrington hoje, redes de energia inteiras poderiam ser desligadas e os satélites GPS poderiam ser desligados.

Compreender o quão severo podem ser as tempestades solares fornece insights sobre o que o universo pode lançar em nosso caminho - e talvez como prever o próximo para que estejamos melhor preparados quando isso acontecer.

Anatomia de uma chama

Aproximadamente 18 horas antes do evento de 1859 iluminar os céus da Terra, um astrônomo inglês notou algo estranho na superfície do Sol.

Enquanto trabalhava em seu observatório, Richard Carrington viu dois pontos brilhantes de luz emergir de um aglomerado de manchas solares escuras e desaparecer em cinco minutos. Outro astrônomo inglês, Richard Hodgson, viu a mesma coisa, observando que era como se a estrela brilhante Vega tivesse aparecido no sol. Ao mesmo tempo, agulhas semelhantes a uma bússola no Observatório Kew da Inglaterra estremeceram, um indício da tempestade magnética que estava por vir.

Antes disso, ninguém sabia sobre erupções solares, principalmente porque ninguém estava rastreando manchas solares todos os dias claros como Carrington fazia. Décadas se passariam antes que astrônomos e físicos pudessem desvendar a física das explosões solares e seu impacto na Terra.

Em 1859, o astrônomo inglês Richard Carrington estava fazendo este esboço de manchas solares (à esquerda), quando viu duas manchas de luz emergirem de um grande aglomerado de manchas próximo ao topo. Carrington desenhou a primeira aparência do flare como duas regiões em forma de feijão aninhadas entre os pontos (marcados A e B em close-up à direita). Cinco minutos depois, as duas manchas brancas haviam se deslocado para a direita e desbotado consideravelmente (marcadas com C e D). Crédito da imagem: S. PROSSER, OXFORD UNIVERSITY PRESS 2018 (LEFT) / RICHARD CARRINGTON, PUBLIC DOMAIN (RIGHT)

Uma explosão solar é uma erupção no Sol, um súbito flash de luz, geralmente perto de uma mancha solar, que pode liberar tanta energia quanto cerca de 10 bilhões de bombas nucleares de 1 megaton. O gatilho é uma liberação repentina e localizada de energia magnética reprimida que emite radiação por todo o espectro eletromagnético, de ondas de rádio a raios gama.

Muitas erupções solares, embora não todas, são acompanhadas por uma ejeção de massa coronal, um grande pedaço do gás quente do Sol lançado no espaço junto com um emaranhado de campos magnéticos. Bilhões de toneladas de substâncias solares podem se espalhar pelo sistema solar, cruzando os 150 milhões de quilômetros até a órbita da Terra em cerca de 14 horas a alguns dias.

A maioria das erupções solares não atinge nosso planeta por uma larga margem. Mas, ocasionalmente, um é direcionado diretamente para a Terra. E é aí que as coisas podem ficar interessantes.

Cerca de oito minutos após uma explosão solar, sua luz atinge a Terra em um flash de luz visível. É também quando um pico de luz ultravioleta e raios X espirram na alta atmosfera, causando uma leve perturbação magnética na superfície. Essa foi a contração que os instrumentos magnéticos do Kew detectaram em 1859.

A ejeção de massa coronal pode desencadear uma tempestade geomagnética quando encontra o campo magnético que envolve a Terra. A perturbação do campo magnético induz correntes elétricas a percorrerem os condutores, incluindo fios e até o próprio planeta. Ao mesmo tempo, partículas carregadas de alta velocidade lançadas pelo sol se chocam com os átomos da atmosfera superior, iluminando a aurora.

Em 6 de setembro de 2017, o sol emitiu uma poderosa explosão solar de classe X - uma designação reservada para as explosões mais intensas. Visto aqui em luz ultravioleta capturada pelo Observatório Solar Dynamics em órbita da NASA, a explosão foi uma das mais fortes já vistas em anos e surgiu em meio a uma série de erupções solares naquele mês. Os fios brilhantes são filamentos escaldantes de plasma capturados por campos magnéticos que formam um arco sobre a superfície do sol. Crédito da imagem: NASA / GSFC / SDO

A erupção de 1859 tem sido, e continua sendo, um destaque em sua energia e efeitos na Terra. Erupções solares comparativamente poderosas são frequentemente chamadas de "eventos de Carrington". Mas não está sozinho.

“Muitas vezes é descrita como a tempestade mais intensa já registrada”, diz Jeffrey Love, geofísico do US Geological Survey em Denver. “Isso possivelmente não é exatamente verdade, mas certamente é uma das duas tempestades mais intensas”. Ou três ou quatro.

Em maio de 1921, o Sol causou ao nosso planeta uma tempestade geomagnética semelhante ao Evento Carrington. Como em 1859, uma aurora brilhante apareceu bem além das regiões polares. Os sistemas telegráfico e telefônico ficaram inutilizáveis, com alguns incêndios destrutivos.

E apenas 13 anos depois de Carrington ver sua erupção homônima, outra tempestade solar veio que, de acordo com algumas medições, pode tê-la superado. “Parece agora, com base nas medições da aurora e do magnetômetro esparso, que um evento em 1872 foi provavelmente maior do que o Evento Carrington”, diz Ed Cliver, um físico solar aposentado da Força Aérea dos Estados Unidos.

Essas tempestades mostram que o Evento Carrington não foi um “cisne negro”, diz Hudson. Na verdade, o Sol está se segurando na era moderna. Evidências de pontos do passado mais distantes para algumas tempestades solares fazem com que o Evento Carrington parecer quase insignificante em comparação.

Flares esquecidos

As árvores têm uma memória longa. Cada ano de crescimento narra pequenas informações sobre as condições ambientais da época em anéis concêntricos anuais. A partir desses anéis, os pesquisadores podem reconstruir cenas do passado da Terra.

Algumas árvores de cedro no Japão lembram um tsunami de partículas atômicas lançadas do Sol por volta do ano 775. Essas árvores registraram um aumento significativo no carbono-14, uma variante radioativa do carbono que as árvores absorvem da atmosfera. O carbono-14 emerge de colisões entre o nitrogênio atmosférico e os raios cósmicos, partículas de alta velocidade do espaço que atingem nosso planeta diariamente. Algumas erupções solares regam a Terra com um excesso de raios cósmicos, o que aumenta a produção de carbono-14. A mudança nos níveis de carbono-14 registrados em 775 foi cerca de 20 vezes maior do que a vazante e o fluxo normais do Sol, relataram os pesquisadores em 2012.

“A sugestão clara era de que supereventos poderiam acontecer, porque esse era um fator de 10 - se fosse uma explosão solar - um fator de 10 ou 20 ou maior do que o Evento de Carrington”, diz Hudson.

Nas primeiras horas de 1º de março de 2011, uma ondulação do vento solar atingiu o campo magnético da Terra e desencadeou uma pequena tempestade geomagnética, causando a aurora etérea vista aqui sobre o Poker Flat Research Range no Alasca. Crédito da imagem: NASA / GSFC / JAMES SPANN

Um aumento de carbono-14 em anéis de árvores mostrou sinais de outro evento solar considerável em 994. Núcleos de gelo da Antártica mostraram um aumento correspondente, tanto em 994 quanto em 775, de berílio-10, outro produto dos raios cósmicos, adicionando mais certeza às descobertas do anel da árvore.

Olhando mais para trás no tempo, um estudo de núcleos de gelo sugere um terceiro evento semelhante por volta de 660 aC. E em agosto (em um artigo ainda em revisão por pares), os pesquisadores relataram mais dois picos de carbono-14 em anéis de árvores por volta de 7176 aC e 5259 aC, possivelmente no mesmo nível do evento de 775 aC.

É difícil comparar diretamente essas tempestades passadas com o Evento de Carrington, diz Ilya Usoskin, físico espacial da Universidade de Oulu, na Finlândia, e co-autor do estudo de agosto. A erupção de 1859 não produziu uma chuva torrencial de partículas na Terra, então não há contagens de carbono-14 para comparar. Mas o evento 775 parece ser uma das tempestades de partículas solares mais fortes registradas nos últimos 12.000 anos, diz Usoskin.

Há um problema, observa Hudson. Os anéis das árvores são estabelecidos anualmente, portanto, algumas chamas menores no período de vários meses podem aparecer como um grande evento no registro dos anéis das árvores.

Mas mesmo assim, qualquer uma dessas chamas menores ainda pode ter sido impressionante. “Cada um desses eventos seria pelo menos três vezes maior que o Evento Carrington em termos de energia”, diz Cliver.

Isso, no entanto, ainda é modesto em comparação com algumas outras estrelas de nossa galáxia.

Super flares

Se existe vida no planeta que orbita a Proxima Centauri, provavelmente terá uma vida difícil.

“Você realmente quer ter algo como um evento Carrington acontecendo diariamente”, diz Meredith MacGregor, uma astrofísica da University of Colorado Boulder. “Super sinalizadores” ainda mais fortes, como o que ela e colegas viram em 2019, podem disparar quase a cada dois dias. Sua equipe detectou aquele sinalizador, possivelmente 100 vezes mais poderoso que o evento Carrington, depois de observar a estrela ao lado por apenas 40 horas.

Com uma barragem quase constante de chamas, qualquer atmosfera aderida ao planeta rochoso aninhado perto da estrela nunca teria tempo para se recuperar. “Sim, um evento Carrington [na Terra] fritaria alguns aparelhos eletrônicos e arruinaria os sinais de GPS”, diz MacGregor, “mas não iria destruir a habitabilidade de nosso planeta”.

A estrela Proxima Centauri e sua dupla vizinha de Alpha Centauri A e B são as estrelas mais próximas do sol, situando-se a apenas 4,2 anos-luz de distância. Proxima, a mais próxima do trio, é uma orbe vermelha esmaecida com chamas frequentes e poderosas que atingem o planeta de massa terrestre que orbita perto dela. Crédito da imagem: DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGEMENT: DAVIDE DE MARTIN / MAHDI ZAMANI

Para ser claro, Proxima Centauri não é como o sol. É uma anã M, uma orbe diminuta que brilha em vermelho. E essas minúsculas estrelas são famosas por seus flares superdimensionados. Mas algumas estrelas semelhantes ao Sol também podem enviar super flares.

Essa constatação veio de telescópios no espaço projetados para procurar planetas ao redor de outras estrelas. O agora extinto telescópio Kepler da NASA fez isso procurando por quedas sutis na luz das estrelas à medida que os planetas se cruzavam na frente de seus sóis.

Ao longo de quatro anos, o Kepler registrou 26 superflares, até cerca de 100 vezes mais enérgicas do que o Evento Carrington, em 15 estrelas semelhantes ao sol, relataram os pesquisadores em janeiro. A missão TESS em andamento da NASA, outro telescópio baseado no espaço em busca de exoplanetas, encontrou uma frequência semelhante de super flares em estrelas semelhantes ao Sol em seu primeiro ano de operação.

Os dados do Kepler indicam que estrelas semelhantes ao Sol experimentam as mais poderosas dessas chamas aproximadamente uma vez a cada 6.000 anos. A erupção mais poderosa do nosso Sol naquele período de tempo é uma ordem de magnitude mais fraca, mas será que uma super erupção pode estar em nosso futuro?

“Não acho que nenhuma teoria tenha capacidade preditiva suficiente para significar alguma coisa”, diz Hudson. “A principal teoria diz basicamente que quanto maior a mancha solar, maior a erupção”. As manchas solares marcam onde o campo magnético do Sol penetra em sua superfície, evitando que o gás quente borbulhe de baixo para cima. A mancha parece escura porque é mais fria do que tudo ao seu redor.

E essa é uma diferença entre o Sol e seus vizinhos em erupção. Super flares parecem ocorrer em estrelas com pontos frios e escuros muito maiores do que no Sol. “Com base em áreas pontuais conhecidas, haveria, portanto, um limite”, diz Hudson.

As complexidades das maquinações magnéticas de qualquer estrela, manchas, chamas, etc. - ainda são mal compreendidas, portanto, amarrar todas essas observações em uma história coesa levará tempo. Mas a busca para entender tudo isso pode melhorar as previsões sobre o que esperar do sol no futuro.

Flares que são poderosos o suficiente para interromper nossa rede elétrica provavelmente ocorre, em média, algumas vezes por século, diz Love. “Olhar para 1859 meio que ajuda a colocar isso em perspectiva, porque o que aconteceu na era espacial, desde 1957, tem sido mais modesto”. O Sol não aponta um sinalizador do tipo Carrington para nós há um bom tempo. Uma repetição de 1859 no século 21 pode ser desastrosa.

A humanidade é muito mais dependente tecnologicamente do que era em 1859. Um evento parecido com o de Carrington hoje pode causar estragos em redes elétricas, satélites e comunicação sem fio. Em 1972, uma explosão solar interrompeu linhas telefônicas de longa distância em Illinois, por exemplo. Em 1989, uma explosão apagou a maior parte da província de Quebec, cortando a energia de cerca de 6 milhões de pessoas por até nove horas. Em 2005, uma tempestade solar interrompeu os satélites de GPS por 10 minutos.

A melhor prevenção é a previsão. Saber que uma ejeção de massa coronal está a caminho pode dar aos operadores tempo para reconfigurar ou desligar o equipamento com segurança para evitar que seja destruído.

Construir uma resiliência extra também pode ajudar. Para a rede elétrica, isso pode incluir adicionar redundância ou dispositivos que podem drenar o excesso de carga. As agências federais poderiam ter um estoque de transformadores de energia móveis, prontos para serem implantados em áreas onde os transformadores, existentes que foram conhecidos por derreter em tempestades solares anteriores, foram danificados. No espaço, os satélites podem ser colocados em modo de segurança enquanto esperam a tempestade passar.

O Evento Carrington não foi único. Foi apenas uma amostra do que o sol pode fazer. Se a pesquisa sobre as erupções solares anteriores nos ensinou alguma coisa, é que a humanidade não deveria estar se perguntando se uma tempestade solar semelhante poderia acontecer novamente. Tudo o que podemos nos perguntar é quando.

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Christopher Crockett é pesquisador da equipe da Knowable e redator freelance de ciências que mora em Arlington, Virgínia. Ele é grato pelo sol, mas não gostaria de vê-lo zangado.

Este artigo foi publicado originalmente em Knowable Magazine, um esforço jornalístico independente da Annual Reviews. Inscreva-se no boletim informativo.

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Referência: 

CROCKETT, Christopher. Understanding just how big solar flares can get. Astronomy, 27, set. 2021. Knowable Magazine. Disponível em: <https://astronomy.com/news/2021/09/understanding-just-how-big-solar-flares-can-get>. Acesso em: 28, set. 2021.