O clima solar: um risco ambiental na Terra

O desenvolvimento tecnológico, industrial e científico pode ser afetado pelo clima espacial, particularmente em setores como operadores de satélite, infraestrutura elétrica, companhias aéreas, empresas de perfuração de petróleo e agricultura de precisão. As pesquisas buscam entender com maior clareza a atividade do Sol e seus efeitos, a fim de atenuar os riscos relacionados com a Terra.

* Este artigo foi publicado na Revista Geociências SURA | Edição 1 | Novembro de 2016.

Durante o último século ocorreu uma evolução tecnológica, industrial e social sem precedentes na história. Os sistemas de comunicação e transporte, a conquista espacial e o uso da energia elétrica não só melhoraram a qualidade de vida, mas também formam estruturas fundamentais e interdependentes para a atividade humana, a segurança dos países e a vitalidade econômica. 

A necessidade de compreender e prever a atividade solar vai além do interesse científico e tem um impacto direto nas previsões empresariais e governamentais, pois essa atividade pode chegar a afetar as redes elétricas, a comunicação sem fios, as telecomunicações, os satélites de posicionamento global ou GPS, as missões espaciais e as redes de transporte marítimo, aéreo e terrestre.

A atividade na superfície do Sol 

Na manhã do dia 1o de setembro de 1859, o astrônomo Richard Carrington observou pela primeira vez a erupção das manchas solares. Horas depois, foi informada a falha massiva das comunicações telegráficas e as auroras boreais coloridas no sul do Havaí, América Central e do Sul. 

Cento e trinta anos depois, em 1989 uma tempestade solar deixou sem eletricidade durante doze horas cinco milhões de pessoas no Quebec. Embora não sejam os únicos fenômenos solares que ocorreram na história, são os que mais impactaram devido a sua transcendência e incidência no planeta.

De acordo com o relatório realizado pelo mercado de seguros Lloyd’s de Londres, em 2013, uma tempestade solar extrema, do nível da tempestade de Carrington, poderia causar grandes interrupções nas redes de energia elétrica, com incidência em uma população entre 20 e 40 milhões de pessoas nos Estados Unidos, e gerar um gasto de recuperação que pode variar entre 600 bilhões e 2,6 trilhões de dólares.

As ejeções de massa coronal (Coronal Mass Ejection – CME) são expulsões de nuvens de plasma a partir da camada mais externa do Sol ou coroa solar. Ocorrem com maior frequência durante o período de máxima atividade do ciclo solar, que varia entre 10 e 12 anos.

A geração das ejeções de massa coronal estão relacionadas com a rotação e as linhas de campo magnético do Sol. Quando a rotação no equador solar causa o alongamento das linhas de campo, as mesmas interagem com campos magnéticos locais, chamados regiões ativas, criando manchas solares, as quais eventualmente causam uma tempestade solar que emite partículas altamente energéticas, que se deslocam em uma direção aleatória e ocasionalmente podem chegar à Terra. 

Sendo assim, o professor e pesquisador da Universidade Nacional da Colômbia, Dr. Santiago Vargas Domínguez, explica que “entender o comportamento das manchas solares – regiões do Sol com alta atividade magnética – é importante porque são os pontos de onde é emitido o magnetismo solar” e, assim, estão muito relacionados com as erupções solares.

Se forem investidos recursos suficientes em tecnologias de proteção, os efeitos das tempestades solares podem ser atenuados, mas o custo pode ser muito alto. Este é um dilema que as indústrias enfrentam constantemente”.

Dr. Louis J. Lanzerotti, pesquisador de física do Instituto Tecnológico de Nova Jérsei.

Como as tempestades solares afetam a Terra?

A Terra conta com um escudo natural gerado por seu campo magnético ou magnetosfera, que a protege das partículas carregadas eletricamente que vêm do exterior. Por isso, grande parte das partículas liberadas em uma tempestade solar são desviadas pela magnetosfera e outras são dirigidas aos polos. As partículas que chegam aos polos têm a capacidade de interagir com a atmosfera da Terra, assim como explica o Dr. Rualdo Soto-Chavez. 

Para o professor e pesquisador de física do Instituto Tecnológico de Nova Jérsei, Dr. Louis J. Lanzerotti, que dedicou mais de quatro décadas ao estudo dos plasmas espaciais, “nos últimos 150 anos o sistema tecnológico da humanidade tornou-se mais complexo e, portanto, cada vez somos mais vulneráveis aos efeitos do clima espacial”. 

Caso as ejeções de massa coronal interfiram no campo magnético da Terra, é possível que as redes de transmissão de energia elétrica, as missões espaciais e os sistemas de comunicação sejam afetados. Além disso, rajadas de radiação solar irão perturbar os sistemas de comunicação, radares e GPS presentes em telefones, aviões, barcos e automóveis.

Para a Administração Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA), “as indústrias potencialmente afetadas pelo clima espacial deveriam avaliar os possíveis impactos desses eventos em suas operações, de modo que identifiquem e implementem possíveis medidas de atenuação que garantam a confiabilidade e sustentabilidade de seus negócios. 

Os setores que deveriam usar a informação do clima espacial incluem operadores de satélites, infraestrutura elétrica, linha aéreas, empresas de perfuração de petróleo, agricultura de precisão e entidades do governo”. 

Mitigação do risco 

Durante os últimos anos, países como os Estados Unidos têm realizado vários esforços para atenuar, responder e recuperar-se dos efeitos potencialmente devastadores do clima espacial.

A Estratégia Nacional do Clima Espacial, apresentada simultaneamente com o Plano de Ação do Clima Espacial Nacional (National Space Weather Action Plan) dos Estados Unidos em 2015, promove uma maior coordenação e cooperação nacional e internacional entre setores públicos e privados – governo, universidades, órgãos de emergências, meios de comunicação e indústrias de seguros, entre outros – a fim de melhorar as redes de observação, realizar pesquisas, desenvolver modelos de avaliação e aumentar os esforços de proteção e atenuação dos riscos relacionados com a atividade do Sol.

De acordo com o Dr. Louis J. Lan- zerotti, que também é membro da Academia Nacional de Engenharia dos Estados Unidos e da Academia Internacional de Astronáutica, “realmente, além de ser um problema técnico, é um problema de custo-benefício. Sempre temos que enfrentar a decisão de quanto queremos gastar para atenuar o risco contra a possibilidade de sofrer o problema”.

Empresas de comunicações, como AT&T, refizeram partes do sistema de energia para atenuar os efeitos das tempestades solares nas voltagens. Outras medidas também são conhecidas, como desligar os transformadores para evitar que sofram danos derivados desses fenômenos.

O Dr. Louis J. Lanzerotti desenvolveu um instrumento, RBSPICE, para a missão “Van Allen Probes” da NASA, a fim de entender o ambiente de radiação espacial relacionado com a atividade solar. A nave espacial e seus instrumentos foram projetados para funcionar continuamente entre seis e oito anos em um ambiente de radiação solar. Esse é outro exemplo da atenuação dos efeitos de tempestades solares, explica o Dr. Rualdo Soto-Chavez.

Os desafios no futuro não se focam somente em compreender e estimar com maior clareza os fenômenos solares e seus possíveis impactos, mas também em melhorar a capacidade de gestão das indústrias diretamente afetadas pelo comportamento do clima espacial. Esses desafios variam desde a avaliação representativa da vida útil dos satélites, levando em conta a atividade solar, até a atenuação das perdas econômicas que a mesma pode causar nas sociedades hiperconectadas.

Planos, como os do governo dos Estados Unidos, são apenas o início de um esforço político para melhorar a preparação estatal diante dos fenômenos espaciais inevitáveis. Os países da América Latina e suas organizações públicas e privadas não deveriam ser indiferentes a tais iniciativas, a fim de proteger e conservar a dinâmica da economia global ao entender a atividade solar como um risco natural do mesmo modo que os terremotos, a atividade vulcânica ou as enchentes.

Fontes

• Louis J. Lanzerotti. Professor e pesquisador de física do Instituto Tecnológico de Nova Jérsei.
• Rualdo Soto-Chávez. Professor e pesquisador do Instituto Tecnológico de Nova Jérsei.  
• Santiago Vargas Domínguez. Dr. em Astrofísica da Universidade de Canarias. Professor e pesquisador do Observatório Astronômico da Universidade Nacional da Colômbia.