Essas nuvens colossais de plasma podem causar estragos em redes elétricas e satélites, mas também podem desencadear impressionantes exibições de auroras

Uma ejeção de massa coronal (CME) capturada pela NASA e pelo Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) da ESA. Crédito da imagem: NASA/GSFC/SOHO/ESA

As ejeções de massa coronal (CMEs) são grandes expulsões de plasma e campo magnético da atmosfera do sol, a coroa. 

Em comparação com as erupções solares, rajadas de radiação eletromagnética que viajam na velocidade da luz, atingindo a Terra em pouco mais de 8 minutos, as CMEs viajam em um ritmo mais lento, relativamente falando. Em suas velocidades mais altas de quase 3.000 quilômetros por segundo (1.900 milhas por segundo), as CMEs podem chegar à Terra em cerca de 15 a 18 horas, enquanto as CMEs mais lentas viajando a cerca de 250 km/s podem levar vários dias para chegar, de acordo com ao Centro de Previsão do Clima Espacial da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA).

Esses tempos de viagem relativamente mais lentos são úteis, pois nos dão mais tempo para nos prepararmos para essa chegada. As CMEs podem causar estragos em redes elétricas, redes de telecomunicações e satélites em órbita e expor os astronautas a doses perigosas de radiação. Por outro lado, as CMEs são um visitante bem-vindo para observadores do céu em todo o mundo, pois podem desencadear impressionantes exibições de auroras que são visíveis em latitudes além de sua faixa polar "normal".

COMO SE FORMAM AS CMES?

As ejeções de massa coronal se formam de forma semelhante às erupções solares, resultado do entrelaçamento e realinhamento do campo magnético do sol, conhecido como reconexão magnética, de acordo com a NOAA. Quando as linhas do campo magnético se "emaranham", produzem fortes campos magnéticos localizados que podem romper a superfície do sol em regiões ativas, gerando subsequentemente CMEs. 

As CMEs geralmente ocorrem em torno de grupos de manchas solares e geralmente são acompanhadas por uma erupção solar, embora as duas nem sempre ocorram em conjunto. De fato, os cientistas ainda não têm certeza de como os dois eventos estão relacionados e, de acordo com o Centro de Educação Científica da University Corporation for Atmospheric Research (UCAR). As CMEs, como erupções solares, são mais comuns durante o máximo solar, um período no ciclo de atividade de 11 anos do sol, quando a estrela está mais ativa. Depois que as CMEs são liberadas, elas aumentam de tamanho à medida que se afastam do sol. 

"CMEs maiores podem atingir um tamanho que compreende quase um quarto do espaço entre a Terra e o Sol quando chegam ao nosso planeta", disse a NOAA em comunicado. 

Se uma CME for grande o suficiente e viajar mais rápido que o vento solar, ela gera uma onda de choque pela qual partículas carregadas aceleradas viajam à frente da CME, perturbando ainda mais as condições climáticas espaciais e intensificando as tempestades geomagnéticas de acordo com a NOAA. 

EFEITOS DAS CMES NA TERRA

Extensas exibições de auroras

As CMEs podem desencadear grandes tempestades geomagnéticas que resultam em auroras impressionantes como esta retratada no Alasca. Crédito da imagem: Noppawat Tom Charoensinphon via Getty Images

As exibições de auroras são formadas quando distúrbios no campo magnético da Terra afunilam íons em direção aos polos da Terra, onde colidem com átomos de oxigênio e nitrogênio na atmosfera da Terra, criando deslumbrantes espetáculos de aurora em torno das regiões polares. No Hemisfério Norte, o fenômeno é chamado de luzes do Norte (aurora boreal), enquanto no Hemisfério Sul, é chamado de luzes do Sul (aurora austral).

Normalmente, esses shows de luzes deslumbrantes estão confinados às regiões polares, mas durante grandes distúrbios magnéticos, desencadeados por uma CME, as auroras podem ser vistas em latitudes muito mais baixas do que normalmente são observadas de acordo com a ESA. 

Em 1859, o Evento Carrington, uma colossal tempestade solar desencadeada por uma CME, resultou em exibições de auroras observadas perto de latitudes tropicais sobre Cuba, Bahamas, Jamaica, El Salvador e Havaí, de acordo com a NASA Science. 

Dito isto, as CMEs nem sempre desencadeiam exibições aurorais extraordinárias, o grau de perturbação magnética de uma CME depende do campo magnético da CME e da Terra. Se o campo magnético da CME estiver alinhado com o da Terra, apontando de sul para norte, a CME passará com pouco efeito. No entanto, se a CME estiver alinhada na direção oposta, pode fazer com que o campo magnético da Terra seja reorganizado, desencadeando impressionantes shows de luzes aurorais.  

Falhas tecnológicas

Grandes CMEs podem causar falhas tecnológicas que são especialmente problemáticas em nosso mundo moderno. 

O Evento Carrington em 1859 causou falhas no sistema de telégrafo em todo o mundo. De acordo com History.com houve até relatos de operadores recebendo choques elétricos e faíscas caindo de máquinas de telégrafo, incendiando papéis. Em 1989, uma CME acompanhou uma explosão solar que atingiu a Terra, mergulhando toda a província de Quebec, no Canadá, em um apagão elétrico que durou 12 horas, de acordo com um comunicado da NASA. O evento custou à empresa de serviços públicos Hydro-Quebec de Quebec pelo menos US $ 10 milhões em danos.

Mas como as CMEs causam toda essa interrupção? 

As CMEs também podem causar picos de corrente elétrica que sobrecarregam as redes elétricas, causando apagões generalizados. Além disso, de acordo com a NASA, as CMEs podem empurrar o campo magnético da Terra, o que pode prejudicar as transmissões de rádio e aumentar a estática de rádio na ionosfera da Terra.

Os sistemas GPS são particularmente vulneráveis a distúrbios na ionosfera, e sabe-se que as coordenadas do GPS se desviam por dezenas de metros durante um evento CME. A interrupção ocorre porque o GPS usa sinais de rádio para transmitir informações entre um satélite e um receptor terrestre. O sinal de rádio passa através da camada da ionosfera contendo plasma carregado que dobra o caminho do sinal GPS de forma semelhante à luz de curvatura da lente, de acordo com o Centro de Previsão do Clima Espacial da NOAA. Normalmente, os sistemas GPS podem compensar essa curvatura do sinal de rádio, deixando a precisão do GPS inalterada. No entanto, durante um evento CME, a ionosfera pode ser tão severamente perturbada que os modelos de GPS não podem acompanhar essas mudanças e os receptores não podem mais calcular uma posição precisa. 

EFEITOS DAS CMES NO ESPAÇO

CMEs podem causar estragos em satélites em órbitas geossíncronas altas. Crédito da imagem: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images

Como as CMEs afetam os satélites? 

Os satélites em órbita da Terra são vulneráveis as CMEs, particularmente aqueles em órbitas geossíncronas altas, que é onde a maioria dos satélites de comunicação são encontrados, de acordo com o Goddard Space Flight Center da NASA. Quando uma CME desencadeia uma tempestade geomagnética, os satélites podem ser atingidos por uma alta corrente descarregada no satélite, ou danificados quando partículas de alta energia penetram no satélite. Como tal, os satélites vulneráveis podem ser colocados em "modo de segurança" para evitar danos aos eletrônicos. 

Um impacto direto de uma tempestade geomagnética colossal como a observada em 1859, o Evento Carrington, poderia causar um grande impacto em nossa frota de satélites, de acordo com a pesquisa descrita em uma declaração da NASA. 

"A pior tempestade solar pode ter um impacto econômico semelhante a um furacão de categoria 5 ou um tsunami", disse o Dr. Sten Odenwald do Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, Md.

"Existem mais de 900 satélites em funcionamento com um valor estimado de substituição de US$ 170 bilhões a US$ 230 bilhões, dando suporte para uma empresa de US$ 90 bilhões por ano. Um cenário mostrou que uma 'supertempestade' custaria até US$ 70 bilhões devido a uma combinação de satélites perdidos, perda de serviço e perda de lucro".

A SpaceX já testemunhou em primeira mão os danos que o clima espacial pode causar, quando uma tempestade geomagnética destruiu 49 satélites Starlink no valor de mais de US$ 50 milhões, em fevereiro de 2022. 

As CMEs podem prejudicar os astronautas? 

Na órbita baixa da Terra, os astronautas recebem doses mais altas de radiação do que na Terra, mas ainda são protegidos principalmente pela magnetosfera, de acordo com um comunicado da NASA. 

O perigo real para os astronautas vem se eles se afastarem da segurança da magnetosfera, por exemplo, para explorar a superfície da lua ou de Marte. Em tal expedição, fora dos "escudos protetores" da Terra, eles são vulneráveis a eventos climáticos espaciais perigosos, como as CMEs. De acordo com a NASA, se uma onda de choque impulsionada por uma CME atingisse um astronauta despreparado explorando a superfície lunar ou marciana, eles seriam atingidos com tanta radiação quanto 300.000 radiografias de raios-X simultâneas. Isso teria consequências letais, pois seriam necessárias apenas 45.000 radiografias de raios-X simultâneas para matá-lo.

COMO PODEMOS PREVER CMES?

O coronógrafo do Observatório Solar e Heliosférico é usado para observar CMEs. Crédito da imagem: NASA

O clima solar pode ter consequências drasticamente caras, portanto, é importante aumentar nossa compreensão, monitoramento e previsões de tais eventos. 

Felizmente para nós, as CMEs levam várias horas, às vezes dias, para chegar à Terra. Isso nos dá algum tempo para nos prepararmos para a chegada deles.

Várias organizações ficam de olho no sol e relatam quaisquer mudanças nas características da superfície que possam inferir uma ejeção de CME, como um aumento na atividade solar e ejeções de erupções solares. Se uma forte explosão solar de classe M ou X for detectada, é provável que seja acompanhada por uma CME, mas nem sempre, de acordo com SpaceWeatherLive.com.

Os meteorologistas do SWPC usam vários parâmetros, tamanho, velocidade e direção, inferidos pelas imagens coronográficas dos satélites orbitais para determinar a probabilidade de um CME atingir a Terra. 

Um coronógrafo é um instrumento especializado usado para bloquear a luz do sol para que os cientistas possam observar a camada mais externa, a coroa. Ele imita o fenômeno natural de um eclipse solar quando a sombra da lua cobre o centro brilhante, permitindo que a coroa seja observada. 

De acordo com a NOAA, os meteorologistas usam principalmente o coronógrafo do Observatório Solar e Heliosférico (SOHO) da NASA e da ESA - o Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) para analisar CMEs e determinar a probabilidade de um impacto na Terra.

Uma ejeção de massa coronal (CME) capturada pela NASA e pelo Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) da ESA. (Crédito da imagem: NASA/GSFC/SOHO/ESA

Na linha de frente da detecção de CME está o Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) que está estacionado no primeiro ponto de Lagrange - L1 - entre a Terra e o Sol a cerca de 1,6 milhão de km da Terra. 

O DSCOVR monitora quaisquer mudanças na força do campo magnético interplanetário (IMF) e na velocidade do vento solar que são vitais para a precisão e capacidade de resposta dos alertas e previsões meteorológicas espaciais da NOAA. 

Do seu local de observação em L1, o satélite DSCOVR pode fornecer entre 15 a 60 minutos de aviso prévio antes que um CME chegue à Terra. Quando um CME vinculado à Terra é detectado, o SWPC alerta grupos vulneráveis, como empresas de energia, empresas de satélites e companhias aéreas para que tomem as medidas apropriadas. Com o aviso avançado, as empresas de serviços públicos podem redirecionar as cargas de energia para proteger as redes de sobrecarga quando a CME atingir, os satélites podem ser colocados no modo "seguraça" e os aviões podem ser redirecionados. 

A Missão Vigil da ESA espera adicionar outro defensor solar à ajuda da Terra nessa década (2020), de acordo com a ESA. O Vigil monitorará o sol de Lagrange 5, a aproximadamente 150 milhões de quilômetros da Terra. A espaçonave será posicionada de forma que possa ficar de olho no "lado" do sol. Ele monitorará as condições solares antes que elas girem e se projetem sobre a Terra, em uma tentativa de nos dar um aviso prévio de atividade solar possivelmente perigosa. 

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RECURSOS ADICIONAIS

• Os interessados em ler mais sobre os impactos que grandes erupções solares e CMEs podem ter nos astronautas na lua, confira este artigo da NASA. 
• Explore mais efeitos do clima espacial energizado e os perigos das viagens espaciais com a Tufts University. 
• Quer ficar de olho nos níveis atuais de atividade geomagnética? O Serviço Geológico Britânico você também pode se inscrever em seus e- mails de alerta de perturbação geomagnética.

BIBLIOGRAFIA

• Ejeções de massa coronal. Centro de Previsão do Clima Espacial NOAA/NWS. Acesso em 20 de maio de 2022.
• DSCOVR: Observatório Climático do Espaço Profundo. NESDIS. Acesso em 20 de maio de 2022.
• Mendez, B., Peticolas, L., & Hauck, K. (12 de agosto de 2004). Explosões solares e ejeções de massa coronal. NASA.  Acesso em 20 de maio de 2022.
• NASA. O impacto das erupções. NASA. Acesso em 20 de maio de 2022.
• Odenwald, S. (13 de março de 2009). O dia em que o sol trouxe escuridão. NASA. Acesso em 20 de maio de 2022.
• Imagens do Solar Orbiter primeiras ejeções de massa coronal. ESA. (17 de maio de 2021.). Acesso em 20 de maio de 2022.
• Steigerwald, B., & Weintraub, RA (1 de abril de 2006.). Protegendo nossos satélites do sol. NASA. Acesso em 20 de maio de 2022.
• Centro UCAR para Educação Científica. Ejeção de Massa Coronal (CME) | Centro de Educação Científica. Acesso em 20 de maio de 2022.
• O que é uma ejeção de massa coronal (CME)? SpaceWeatherLive. Acesso em 20 de maio de 2022.

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Referência:

DOBRIJEVIC, Daisy. Coronal mass ejections: What are they and how do they form? Space, Nova York, 22, mai. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/coronal-mass-ejections-cme>. Acesso em: 26, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.