Muito mais pessoas que o normal ao redor do mundo puderam recentemente ver as auroras no norte e no sul a olho nu. Esse evento incomum foi desencadeado por uma tempestade solar muito forte, que afetou o campo magnético da Terra.
O Sol está atingindo seu ponto máximo de atividade em um ciclo de 11 anos. Isso significa que podemos esperar mais erupções de partículas que, nas circunstâncias certas, geram as belas auroras no céu, bem como as tempestades geomagnéticas que podem danificar nossa infraestrutura tecnológica, como redes de energia e satélites em órbita.
Então, o que realmente está acontecendo para causar esses fenômenos? As auroras boreais e austrais geralmente estão confinadas a latitudes muito altas e muito baixas. Nelas, as partículas de alta energia emitidas pelo Sol fluem em direção à Terra, guiadas pelo campo magnético solar. Elas são então transferidas para o campo magnético da Terra em um processo conhecido como reconexão.
Essas partículas muito rápidas e quentes correm pelas linhas do campo magnético da Terra - a direção da força de um ímã - até atingirem partículas na atmosfera neutras e frias, como átomos de oxigênio, hidrogênio ou nitrogênio. Nesse momento, parte da energia é perdida, o que aquece o ambiente local.
No entanto, as partículas na atmosfera não gostam de ser energéticas e, por isso, liberam parte dessa energia na faixa de luz visível. Agora, dependendo de qual elemento está muito quente, você verá um conjunto diferente de comprimentos de onda - e, portanto, de cores - emitidos na faixa de luz visível do espectro eletromagnético. Essa é a fonte das auroras que podemos ver em altas latitudes e, durante fortes eventos solares, também em latitudes mais baixas.
Os azuis e roxos da aurora vêm do nitrogênio, enquanto os verdes e vermelhos vêm do oxigênio. Esse processo específico acontece o tempo todo, mas como o campo magnético da Terra tem formato semelhante ao de uma ímã em barra, a área que é energizada pelas partículas que chegam do Sol está em latitudes muito altas e baixas (no Círculo Ártico ou na Antártica, em geral).
Então, o que aconteceu para que pudéssemos ver a aurora muito mais ao sul no Hemisfério Norte - e mais ano Norte no Hemisfério Sul?
Talvez você se lembre de polvilhar limalha de ferro em um papel em cima de um ímã na escola para ver como o pó de ferro se alinha com o campo magnético. Você pode repetir o experimento várias vezes e ver a mesma forma todas as vezes.
O campo magnético da Terra também é constante, mas pode ser comprimido e esticado dependendo da força do Sol. Uma maneira fácil de pensar sobre isso é imaginar dois balões meio inflados pressionados juntos.
Se você inflar um balão, adicionando mais gás a ele, a pressão aumentará e empurrará o balão menor para trás. Ao liberar o gás extra, o balão menor relaxa e é empurrado de volta para fora.
Para nós, quanto mais forte for essa pressão, mais perto do Equador as linhas de campo magnético relevantes são empurradas, o que significa que as auroras podem ser vistas.
Tempestades excepcionais
É aqui também que entram os possíveis problemas: um campo magnético em movimento pode gerar uma corrente elétrica em qualquer coisa que conduza eletricidade.
Na infraestrutura tecnológica moderna, as maiores correntes são geradas em linhas de transmissão de energia, trilhos de trem e tubulações subterrâneas. A velocidade desse movimento também é importante e é rastreada medindo-se o quanto o campo magnético está perturbado em relação ao “normal”. Uma dessas medidas usadas pelos pesquisadores é chamada de índice de tempo de tempestade perturbada.
Por essa medida, as tempestades geomagnéticas de 10 e 11 de maio de 2024 foram excepcionalmente fortes. Com uma tempestade tão forte, há um perigo potencial de indução de correntes elétricas. As linhas de transmissão de energia são as que correm maior risco, mas se beneficiaram das proteções incorporadas às usinas geradoras. Essas proteções estão em ação desde a tempestade geomagnética de 1989 que derreteu um transformador de energia em Quebec, Canadá, causando horas de falta de energia.
Mais em risco estão os dutos metálicos que corroem quando uma corrente elétrica passa por eles. Não se trata de um efeito instantâneo, mas há um lento acúmulo de material em erosão. Isso pode ter um efeito muito forte na infraestrutura, mas é muito difícil de detectar.
Embora as correntes no solo sejam um problema, elas são um desafio ainda maior no espaço. Os satélites têm uma quantidade limitada de aterramento, e um surto elétrico pode destruir instrumentos e cortar as comunicações. Quando um satélite perde as comunicações dessa maneira, ele é chamado de satélite zumbi e, muitas vezes, perdido completamente, causando um prejuízo muito grande.
As alterações no campo magnético da Terra também podem afetar a passagem da luz. Não podemos ver essa alteração, mas a precisão de sistemas de localização no estilo do GPS pode ser fortemente afetada, pois a leitura da localização depende do tempo decorrido entre o dispositivo e um satélite. O aumento da densidade de elétrons (o número de partículas no caminho do sinal) faz com que a onda se curve, o que significa que leva mais tempo para chegar ao seu dispositivo.
As mesmas alterações também podem afetar a velocidade da largura de banda da Internet via satélite e os cinturões de radiação do planeta. Esses cinturões são um toro (uma forma geométrica como uma rosquinha) de partículas carregadas altamente energéticas, principalmente elétrons, a cerca de 13.000 km de distância da superfície da Terra. Uma tempestade geomagnética pode empurrar essas partículas para a baixa atmosfera. Nesse local, as partículas podem interferir nas transmissões de rádio de alta frequência (HF) usadas por aeronaves e afetar as concentrações da camada de ozônio.
As auroras não estão limitadas à Terra - muitos planetas as têm, e elas podem nos dizer muito sobre os campos magnéticos que existem nesses objetos celestes. Um aparelho específico usado para simular auroras é a “planeterella”, desenvolvida pela primeira vez no início dos anos 1900 pelo cientista norueguês Kristian Birkeland.
Nele, uma esfera magnética (representando a Terra) é colocada em uma câmara de vácuo, e o vento solar é simulado disparando elétrons contra a esfera. Temos dois desses instrumentos no Reino Unido em universidades e, aqui na Nottingham Trent University, recentemente ajudei um aluno a construir uma versão econômica como projeto de mestrado.
Ao alterar a intensidade do campo magnético e a distância entre os objetos, é possível observar como as auroras mudam. A emissão é principalmente roxa, como seria de se esperar em uma atmosfera com 72% de nitrogênio. Um forte anel de emissão aparece ao redor do topo, onde a aurora seria vista na Terra, e esse anel se move para cima e para baixo em latitude, dependendo da intensidade do campo magnético.
Como um fenômeno natural, as auroras são uma maravilha. Mas o melhor ainda é que, a cada forte tempestade geomagnética, fazermos melhorias que ajudam a proteger nossa tecnologia contra os possíveis danos de eventos futuros.