A aurora boreal geralmente é visível apenas no norte, mas há duas semanas o céu noturno estava cheio de cortinas brilhantes de luz rosa e verde que podiam ser vistas até o sul dos EUA. Pessoas no Texas e no Havaí saíram dos carros para olhar e tirar fotos.
A causa deste espetáculo de luzes foi uma rajada especialmente forte de vento solar – partículas eletricamente carregadas lançadas do Sol a velocidades incríveis. E há mais por vir à medida que nos aproximamos do pico do atual ciclo solar, um período de aumento de tempestades solares que acontece a cada 11 anos.
Este é um exemplo do que os cientistas chamam de “clima espacial”, que trata da interação entre o Sol e a Terra. Nem todas as consequências do clima espacial são bonitas e algumas são francamente perigosas. Mas a física por trás disso é muito legal. Vamos dar uma olhada!
Soprando no vento
Você pode pensar no sol como uma grande bola de fogo – mas não é. (O fogo é uma reação química entre o oxigênio e o carbono.) O que o Sol é, na verdade, é um gigantesco reator de fusão nuclear. No núcleo, os prótons são esmagados sob extrema pressão. Esses prótons se unem para criar o núcleo de um átomo de hélio, com dois prótons e dois nêutrons. (Dois dos prótons decaem em nêutrons).
Mas espere! O núcleo de hélio tem menos massa do que os quatro prótons com os quais começamos. Essa massa não se perde – é transformada em energia, de acordo com a famosa equação de Einstein E = mc2onde E é energia eu é massa e c é a velocidade da luz. Esse último número é enorme – a luz viaja a 300.000 quilômetros por segundo, e sua imensidão é elevada ao quadrado – o que significa que mesmo uma pequena perda de massa cria MUITA energia. É por isso que o Sol é tão quente, com uma temperatura central de 27 milhões de graus Fahrenheit. Sim, isso é muito quente.
Sob este calor extremo, os gases na parte exterior do Sol formam um plasma no qual os electrões são arrancados dos seus átomos, deixando cargas eléctricas livres (principalmente electrões e protões) a circular. Alguns deles estão se movendo rápido o suficiente para escapar da atração gravitacional do sol. Essas partículas ejetadas são o que chamamos de “vento solar”.
Você pode ver o efeito do vento solar quando atinge um cometa. Os cometas são basicamente grandes bolas de neve sujas que orbitam o Sol em longas elipses. À medida que nos aproximamos do Sol, seu corpo gelado sublima e se transforma em gás. Parte desse gás ganha energia suficiente para ser ionizado (elétrons são liberados dos átomos), deixando um gás eletricamente carregado. Então, quando o vento solar atinge, ele empurra esse gás ionizado para longe, criando uma cauda que pode ter dezenas de milhões de quilômetros de comprimento.
Curiosidade: você pode pensar que a cauda se estende atrás do cometa como um rastro de jato, mas isso não acontece! Ele se estende para longe do Sol – basicamente lateralmente na direção do movimento do cometa.
Porque agora?
Mas o que faz com que o vento solar fique tão agitado a cada 11 anos? Bem, assim como a Terra, o Sol tem um campo magnético, mas é extremamente instável. Como o Sol não é um objeto sólido, diferentes partes dele giram em velocidades diferentes. Isso faz com que seu campo magnético se torça e deforme, e a cada 11 anos ou mais ele realmente inverte e inverte a polaridade. Esta última aconteceu em 2013 e aqui estamos em 2024.
Essas linhas móveis do campo magnético podem romper a superfície, criando manchas solares e impressionantes gêiseres de plasma conhecidos como erupções solares. Por que isso acontece? Quando as cargas elétricas estão circulando, elas podem ser empurradas e puxadas por um campo magnético. Você mesmo pode ver isso com um fio de cobre e uma bateria. Se você colocar o fio perto de um ímã estacionário e conectar as extremidades de forma que a corrente flua, o fio se moverá. Confira:
Isto é o que ocorre no pico do ciclo solar: campos magnéticos em erupção puxam esses elétrons e prótons livres para fora da coroa e os lançam no espaço a velocidades de até 2,4 milhões de quilômetros por hora. Quando isso realmente acontece, é chamado de ejeção de massa coronal, e foi o que aconteceu em 10 de maio: três ejeções de massa sucessivas criaram a tempestade solar mais forte que atingiu a Terra em décadas. Especialistas dizem que o resultado pode ter sido a exibição mais selvagem de auroras em 500 anos.
Por que o céu ilumina?
Então a última pergunta é: por que o vento solar faz a atmosfera da Terra brilhar assim? Bem, é mais ou menos a mesma coisa que ilumina aquele letreiro de néon do seu pub favorito.
Luzes de néon são tubos de vidro contendo néon ou outros gases. Quando uma corrente elétrica é enviada de uma extremidade à outra, os elétrons que fluem colidem com os elétrons do néon, elevando-os a um nível de energia mais alto. Quando esses elétrons se acalmam e voltam ao estado fundamental, eles emitem luz. A cor depende da mudança específica na energia, o que significa que diferentes gases, como argônio, xenônio ou mercúrio, produzem cores diferentes.
Para a aurora boreal, não é o néon, mas os gases da atmosfera. O oxigênio emite luz verde em altitudes mais baixas e vermelha em altitudes elevadas. O nitrogênio produz uma luz azul ou roxa. Amarelos e rosas resultam de misturas de gases e geralmente ocorrem apenas nas tempestades solares mais fortes. Estes gases são excitados por uma combinação de cargas de alta energia do Sol e do campo magnético flutuante da própria Terra, o que dá a estas partículas um impulso extra, criando colisões mais energéticas.
Espere, então o campo magnético da Terra também está mudando agora? Sim, e isso é causado pelo próprio vento solar. Assim como as cargas em movimento experimentam uma força num campo magnético, elas também criam o seu próprio campo magnético. Quando há um dilúvio de partículas carregadas chovendo sobre nós, o campo da Terra fica curvado e distorcido. Isso faz com que ele se mexa e leva a impressionantes shows de luzes no céu.
Outra curiosidade: a aurora também está presente durante o dia, simplesmente não dá para ver.
O que há para não gostar?
Infelizmente, o clima espacial não consiste apenas em luzes bonitas. Para qualquer ser humano no espaço, como na Estação Espacial Internacional, ou mesmo em aeronaves de grande altitude, estas partículas carregadas em movimento rápido são uma explosão de radiação indesejável. Neste caso, seria principalmente radiação beta, mas também é possível obter algumas partículas alfa. (Aqui está sua atualização de radiação.)
Também é difícil para os satélites. Um acúmulo de carga pode danificar componentes elétricos necessários para que um satélite faça seu trabalho (seja ele qual for). Além disso, à medida que a Terra absorve mais energia solar, a atmosfera aquece, fazendo com que ela se expanda. Isso aumenta o arrasto das espaçonaves na órbita baixa da Terra, fazendo com que elas desacelerem. Resumindo: os satélites podem sair do curso ou cair do céu.
No terreno, as tempestades solares também podem perturbar os sistemas de comunicação e navegação, ou mesmo causar cortes de energia. Lembra como mostramos que uma corrente elétrica produz um campo magnético? Bem, o inverso também é verdadeiro: um campo magnético variável pode gerar uma corrente. Aqui está uma demonstração disso: tenho uma bobina de fio conectada a um medidor para medir a corrente, mas desta vez não há bateria. Quando movo um ímã, ele produz uma corrente no fio.
Então imagine que esse fio é uma linha de energia. Uma pequena mudança no campo magnético produzirá uma corrente extra que pode queimar fusíveis e queimar transformadores e outras coisas. Em 1859, tempestades solares atingiram linhas telegráficas e incendiaram agências telegráficas.
Sempre achei surpreendente que coisas que acontecem no Sol, a 150 milhões de quilómetros de distância, possam ter um impacto nos acontecimentos na Terra — mas é verdade. Esse é o clima espacial!
