Tempestade Geomagnética
Tempestade geomagnética é o nome que se dá a um distúrbio que ocorre quando há erupções solares com ejeções maciças de massa da coroa solar e um grande fluxo de radiação emitida pelo Sol atinge o campo magnético e a atmosfera da Terra. Quando fortes rajadas de vento solar alcançam a Terra, as ondas de radiação se chocam com a magnetosfera, alterando a intensidade e a direção do campo magnético terrestre.
Em casos extremos pode causar quedas de energia elétrica, interferência no funcionamento dos satélites de comunicações e de instrumentos de navegação, com efeitos imprevisíveis sobre o clima. As auroras boreais e austrais são espetáculos luminosos que ocorrem com as tempestades geomagnéticas.
No princípio era uma imensa nuvem de gases e poeira. Ao longo de milhões de anos essa gigantesca nuvem foi se contraindo e se adensando, até formar o Sol. Do material que sobrou, formaram-se os planetas e outros astros do Sistema Solar.
A energia do Sol é gerada pela fusão nuclear no seu núcleo. Fusão é a colisão de átomos em alta temperatura e velocidade que os tornam um único átomo e liberam energia. Ou seja, o Sol é uma usina nuclear natural a 150 milhões de quilômetros.
O Sol é uma bola de plasma (o quarto estado da matéria - sólido, líquido, gasoso e plasma). As condições de pressão extrema e temperaturas inimagináveis transformam o hidrogênio em hélio. Calcula-se que a cada segundo 700 milhões de toneladas de hidrogênio são transformadas em hélio.
As erupções solares são explosões na superfície do Sol causadas por mudanças repentinas no seu campo magnético.
A atividade na superfície solar pode causar altos níveis de radiação no espaço sideral. Esta radiação pode vir como partículas ( plasma ) ou radiação eletromagnética ( luz ). O Sol libera porções de energia eletromagnética quando uma gigantesca quantidade de energia armazenada em campos magnéticos, acima das manchas solares, explode, produzindo um forte pulso de radiação que abrange espectro eletromagnético, desde as ondas de rádio até os raios X e raios gama. Os gases emergem da superfície e são lançados na coroa solar, onde atingem temperaturas de mais de 1,5 milhões de graus centígrados, formando arcos chamados anéis coronais, enormes bolhas de gases ionizados com até 10 bilhões de toneladas. Depois, esfriam e voltam a se chocar com o Sol a uma velocidade próxima a 100 quilômetros por segundo.
As ejeções de massa coronal, que são partículas de altas energias, lançadas no espaço interplanetário podem transportar 10 bilhões de toneladas de gás eletrizado e superam a velocidades de um milhão de quilômetros por hora. Quando atingem a Terra, a magnetosfera do planeta desvia a maior parte da radiação, mas uma parte pode chegar à atmosfera superior, causando as tempestades geomagnéticas.
Em ciclos que duram em média 11 anos, o Sol passa por períodos de diminuição e aumento de suas atividades. Na superfície do Sol ou fotosfera, onde a temperatura superficial é de aproximadamente 6.000 graus célsius, é onde são observados os fenômenos. Nos períodos de aumento da atividade, as explosões de plasma na superfície do Sol podem levantar uma nuvem de partículas treze vezes maior que a Terra e lançar uma bolha para o Sistema Solar a mais de 1,6 milhão km/h. O fenômeno conhecido como vento solar, arrasta gases evaporados dos planetas, poeira meteórica e raios cósmicos de origem galáctica. Quando interage com o campo magnético da Terra, provoca as tempestades geomagnéticas.
A Terra recebe radiação de diferentes energias e origens do espaço, mas sua superfície está razoavelmente protegida por diversas camadas da atmosfera. A magnetosfera funciona como um escudo protetor de plasma, onde partículas carregadas são controladas pelo campo magnético que desvia a maior parte das partículas energéticas que chegam ao planeta. Um fluxo de radiação eletromagnética emitida pelo Sol chega à Terra constantemente e sofre influência do campo geomagnético e da atmosfera terrestre, que impedem que o planeta seja atingido diretamente e fazendo com que o vento solar flua em torno do campo. Mas a magnetosfera pode se tornar perturbada e alterar sua intensidade e direção quando o Sol apresenta um número grande de erupções e nuvens de partículas solares de alta velocidade atingem o planeta. A radiação transborda a magnetosfera e ioniza outras regiões da atmosfera trazendo diversas consequências eletromagnéticas e climáticas.
A radiação solar pode chegar à Terra em uma ou duas horas após uma grande erupção solar, em seguida as "nuvens de partículas" de alta energia atingem o planeta durante alguns dias. Alguns dias depois são as partículas de média e baixa energia que conseguem penetrar em maior número a magnetosfera, provocando uma tempestade geomagnética. Nestas ocasiões as radiações atingem a baixa atmosfera, criando cargas elétricas isoladas que são descarregadas, causando interferências eletromagnéticas.
As intensidades das tempestades geomagnéticas, desde fracas até muito fortes, podem causar diferentes danos elétricos, principalmente nas latitudes altas, onde se concentram seus efeitos. O fluxo magnético vindo do Sol pode provocar fortes ondas de descarga elétrica nos cabos de transmissão de força, causando: curtos-circuitos, queima de equipamentos, panes em sistemas elétricos e redes de distribuição de energia, prejudicando circuitos integrados, computadores de bordo, satélites, foguetes etc. Em caso extremo podem causar blecautes nos sistemas de transmissão e nos transformadores de energia elétrica das cidades, com muitos prejuízos para indústrias, residências, hospitais e empresas.
Em 1989 uma tempestade impediu o funcionamento de usinas nucleares nos EUA, isso pode deixar grandes regiões sem energia elétrica por semanas. Também pode haver indução de tensão ao longo de condutores ao nível de aterramento, afetando linhas de dutos de gás e petróleo.
A radiação de uma tempestade geomagnética afeta os equipamentos eletrônicos dos satélites, prejudicando as comunicações. Os sistemas, cada vez mais, miniaturizados se tornam mais vulneráveis e microchips danificados podem mudar comandos de softwares nos computadores de bordo.
Em uma tempestade geomagnética as camadas superiores da atmosfera se aquecem e se expandem, e podem mudar a altura, retardar ou modificar a órbita dos satélites que podem ser danificados ou perdidos com o decaimento de suas órbitas. Esse foi um dos motivos da queda do laboratório de estudos norte-americano Skylab, em 1979. Os satélites que passam pela América do Sul estão mais suscetíveis a problemas pela anomalia magnética do Atlântico Sul, que permite que as partículas energéticas emitidas entrem com mais facilidade na região. Os sistemas de comunicação como TV a cabo e aparelhos celulares, que operaram por sinais de satélites, pode sofrer interferências. Nas tempestades geomagnéticas a ionosfera se altera, devido as correntes e as partículas de energia, afetando negativamente as comunicações e rádio navegação. Algumas interferências pelas ondas geradas agem como ruído nas frequências e pode ser observada na tela da TV ou nas transmissões de rádio, isso degrada os sinais utilizados pelo GPS e outros sistemas de navegação, que perdem o sinal e tem sua precisão comprometida.
As linhas de telégrafo também já foram afetadas por tempestades geomagnéticas no passado.
Partículas de alta energia liberadas pelas erupções solares podem ser tão prejudiciais aos seres humanos quanto a radiação das explosões nucleares. A atmosfera e a magnetosfera da Terra em geral permitem a proteção adequada dentro de seus limites, mas os astronautas no espaço estão sujeitos a doses potencialmente letais de radiação. A penetração de partículas de alta energia em seres vivos pode causar danos aos cromossomos, o câncer, e muitos outros problemas de saúde e doses grandes podem ser fatais imediatamente. Os prótons solares com energias superiores a 30 Mega eletronvolts (MeV) são particularmente perigosos.
Os raios cósmicos e, principalmente, a radiação do Sol, podem causar sérias doenças aos astronautas, podendo levá-los à morte, por isso a previsão do tempo espacial é critico para prever com antecedência segura as ondas de radiação que ameacem os astronautas e os equipamentos das espaçonaves. Para que astronautas viagem à Lua ou Marte, em segurança, será necessário que a espaçonave possua um compartimento totalmente blindado para que possam se proteger das radiações intensas.
As partículas mais perigosas são os íons - átomos que perderam um ou mais de seus elétrons. Íons de alta energia podem danificar os tecidos e quebrar as cadeias de DNA, causando problemas de saúde que vão dos enjoos até a catarata e o câncer. Cientistas descobriram, através do observatório Soho, que nuvem de íons, grande causadora de danos à satélites e seres humanos, é emitida pelo Sol junto com uma nuvem de elétrons.
O Sol está em um período de atividade intensa, conhecido como “máximo solar”, que deve atingir seu auge em 2013. Em 1859 aconteceu uma erupção solar e, na Terra, os fios soltaram faíscas que deram choques nos operadores de telégrafo, botando fogo no papel.
Foi a maior tempestade geomagnética de que há registros históricos. O Sol arremessou bilhões de toneladas de elétrons e prótons sibilantes para a Terra e, quando essas partículas bateram no campo magnético do planeta, criaram auroras espetaculares nas cores vermelho, verde e roxo no céu noturno, além de correntes poderosas de eletricidade que saltaram do chão para os fios, sobrecarregando os circuitos.
Se uma tempestade dessas acontecesse no século XXI, muito mais do que fios e papel estaria em risco. Alguns satélites de telecomunicação muito acima da Terra seriam desligados. Os sinais do GPS ficariam misturados. E o surto de eletricidade vindo do chão ameaçaria as redes elétricas, quem sabe deixando um continente ou dois nas trevas.
Segundo cientistas, é impossível prever quando a próxima tempestade solar monstro vai acontecer e, igualmente importante, se a Terra estará em seu caminho. O que eles sabem é que com mais manchas solares, acontecem mais tempestades, e no outono do Hemisfério Norte o Sol atingirá o pico do ciclo de 11 anos de manchas solares.
As manchas solares são regiões de campos magnéticos turbulentos onde se originam as explosões solares. O fluxo e refluxo são observados há séculos, mas somente nas últimas décadas os cientistas solares descobriram que os campos magnéticos dentro das manchas podem liberar as rajadas brilhantes de luz chamadas de explosões solares e as erupções gigantes de partículas carregadas conhecidas como ejeções de massa coronal.
Os especialistas estão divididos quanto às consequências na Terra de uma erupção solar cataclísmica, conhecida como evento de Carrington, em homenagem ao astrônomo amador britânico que documentou a tormenta de 1859.
Um apagão continental afetaria milhões de pessoas, "mas é administrável", disse John Moura, da North American Electric Reliability Corp, associação sem fins lucrativos fundada por empresas de energia para ajudar a gerenciar a rede elétrica. Segundo ele, a maior parte da rede poderia ser religada dentro de cerca de uma semana. Outras pessoas são mais pessimistas, preocupando-se que uma erupção enorme e na direção certa causaria não apenas o apagamento das luzes como também danificaria transformadores e outros componentes críticos da rede. Alguns lugares poderiam ficar sem eletricidade durante meses e uma "falta crônica de vários anos é possível", de acordo com o Conselho Nacional de Pesquisa, a divisão de pesquisa da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos.
O exemplo mais estudado e inequívoco da capacidade solar de prejudicar redes elétricas aconteceu em 13 de março de 1989, na província canadense do Quebec. Nas primeiras horas da manhã, uma tempestade solar gerou correntes nos fios de transmissão, desligando disjuntores. Em questão de minutos, um apagão tomou conta da província, fechando empresas, escolas, aeroportos e metrôs até a energia ser religada, no fim daquele dia. O Canadá foi atingido novamente poucos meses depois, quando outra tormenta solar levou a culpa pelo desligamento de computadores na Bolsa de Valores de Toronto, impedindo as transações. A organização de Moura divulgou um estudo no ano passado dizendo que as distribuidoras teriam aviso suficiente para desligar a rede e proteger os transformadores; uma força-tarefa de acompanhamento fará um estudo minucioso para determinar o grau de vulnerabilidade dos transformadores.
"Existe a sensação neste campo de que nós não temos todas as respostas", afirmou Antti Pulkkinen, cientista do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland.
Os perigos não vão passar antes do fim da máxima solar – o período de maior atividade do Sol. Mesmo quando tranquilo, com poucas manchas solares, o Sol ainda pode produzir uma erupção gigante. As explosões solares, que viajam à velocidade da luz, chegam à Terra em menos de oito minutos e meio e podem derrubar parte das comunicações por rádio. Porém, a maior fonte de preocupações são as ejeções de massa coronal, na qual bilhões de toneladas de elétrons e prótons são expelidos do Sol e aceleram a mais de 1,6 milhão de quilômetros por hora. As partículas, que geralmente demoram de dois a três dias para percorrer os 149 milhões de quilômetros entre o Sol e a Terra, não atingem a superfície; elas são repelidas pelo campo magnético do planeta. Contudo, elas ficam presas no campo. Esse vaivém contínuo gera novos campos magnéticos, a maioria no lado noturno do planeta, e estes, por sua vez, induzem correntes elétricas no chão. Tais correntes saem do chão e sobem nas linhas de transmissão elétrica.
"De certa forma, estamos jogando roleta russa com o Sol", disse John Kappenman, engenheiro elétrico proprietário da Storm Analysis Consultants que vem alertando quanto a uma catástrofe em potencial.
Até agora, o presente ciclo solar desafiou a compreensão fácil. Ele começou mais tarde – tão tarde que, para alguns, era o começo de um longo período de tranquilidade, como em meados do século XVII, quando quase nenhuma mancha foi vista no Sol durante décadas. O Sol está mais tranquilo do que os peritos esperavam e, por ora, parece ter chegado prematuramente ao ponto máximo. Os dois hemisférios solares estão fora de sincronia. O hemisfério norte está adiante da curva, tendo produzindo um grande número de manchas no final de 2011 e depois se aquietado; o hemisfério sul permaneceu praticamente em sossego durante esse tempo todo.
A enorme erupção solar de julho de 2012 partiu na direção errada, para sorte da Terra, mas passou pelo Stereo, equipamento de observação solar da NASA. Os dados do Stereo ajudarão os computadores a prover o que pode acontecer na rede elétrica.
Na manhã de 1º de setembro de 1859, o astrônomo amador britânico Richard C. Carrington desenhava um grande grupo de manchas solares quando viu um lampejo branco ofuscante engolfá-las – era uma explosão solar. As correntes magnéticas que geraram a explosão provocaram uma ejeção de massa coronal. Quando as partículas atingiram a Terra, menos de 18 horas depois, criaram uma corrente elétrica que desarmou os circuitos telegráficos.
Um telegrafista de Washington relatou que a testa tocou um fio terra e "imediatamente recebi um choque elétrico muito severo" e "um velho que estava sentado de frente para mim, a pouca distância, disse ter visto uma centelha de fogo saltar da minha testa para o vibrador do telégrafo".
Como não aconteceram outros eventos de Carrington desde então, os cientistas sabem que tais distúrbios são raros. Porém, também sabem que essa não foi a única tempestade solar a atingir a Terra em seus 4,5 bilhões de história. Tormentas solares do tamanho de Carrington "têm cem por cento de chance de se repetirem", garantiu Kappenman.
E quando se repetirem, os transformadores e outros componentes importantes da rede elétrica sofrerão danos severos. Os grandes transformadores são caros e as companhias elétricas não dispõem de muitos sobressalentes à mão. Alguns locais poderiam ficar sem energia durante meses. Ainda segundo ele, "pense no furacão Sandy multiplicado por cem".
A espaçonave da NASA encarregada de observar o Sol continua registrando as manchas solares, podendo auxiliar a avisar quais regiões parecem propensas a entrar em erupção. Embora a nave possa contar o tamanho da erupção, é impossível determinar um fator importante: para qual lado o campo magnético está apontando dentro do enxame de partículas. Caso o campo esteja virado para o norte, o campo magnético da Terra pode absorver o choque razoavelmente bem. Entretanto, caso esteja apontando para o sul, na direção oposta do campo da Terra, os campos magnéticos basicamente desligam e religam – "curtos-circuitos" magnéticos que liberam grandes explosões de energia.
Apagões isolados podem causar caos, como ocorreu em julho, na Índia, quando mais de 600 milhões de pessoas ficaram sem energia durante várias horas em dois dias consecutivos. Já um blecaute de longa duração, como o que poderia acontecer no caso de uma enorme tempestade solar, teria efeitos mais profundos e custosos.
Um relatório da Academia Nacional de Ciências estimou que cerca de 365 transformadores de alta voltagem no território continental dos EUA poderiam sofrer falhas ou danos permanentes, que exigiriam a substituição do equipamento. A troca poderia levar mais de um ano, e o custo dos danos no primeiro ano após a tempestade poderia chegar a US$ 2 trilhões, disse o relatório. As áreas mais vulneráveis ficam no terço leste dos EUA, do meio-oeste à costa atlântica, e no noroeste do país.
A rede elétrica nacional foi construída ao longo de décadas para transportar a eletricidade ao preço mais baixo entre os locais de geração e consumo. Uma grande tempestade solar tem a capacidade de derrubar a rede, segundo o relatório dos cientistas. De acordo com estimativas do relatório, mais de 130 milhões de pessoas nos EUA poderiam ser afetadas.
Outros países também sentiriam o impacto se uma supertempestade solar atingisse seu sistema de energia, mas o dos EUA é tão amplo e interconectado que qualquer grande impacto teria resultados catastróficos no país.
Fonte:
http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2013-03-30/cientistas-avaliam-consequencias-das-tempestades-solares.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tempestade_geomagn%C3%A9tica
Fonte:
http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2013-03-30/cientistas-avaliam-consequencias-das-tempestades-solares.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tempestade_geomagn%C3%A9tica
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