Uma grande tempestade solar poderia fritar a internet, mas pelo menos as previsões do tempo espacial nos dariam um ou dois dias para nos prepararmos. Ou talvez não, porque os físicos acabaram de descobrir um novo tipo de tempestade solar que ocorre sem aviso prévio.

TROUBLE surgiu em 30 de janeiro de 2022, embora ninguém soubesse o quão ruim seria. Se tivessem, a SpaceX não teria lançado 49 satélites Starlink em órbita baixa da Terra alguns dias depois.

Começou como uma nuvem gigante de gás magnetizado, chamada de ejeção de massa coronal, lançada em nossa direção a partir do sol. Isso não era uma grande preocupação. Claro, as tempestades solares podem aquecer a atmosfera da Terra, fazendo com que ela se expanda e arraste satélites voando baixo, mas todas as medições sugeriram apenas consequências leves. Redes de energia e satélites podem falhar um pouco e observadores do céu em altas latitudes podem notar auroras, mas nada sério.

Logo após os satélites Starlink serem lançados do Kennedy Space Center da Flórida, no entanto, ficou claro que algo estava acontecendo. Quando atingiram a atmosfera superior da Terra, os satélites experimentaram muito mais arrasto do que o esperado para a magnitude da tempestade. No final, nada poderia ser feito. Os controladores assistiram enquanto 40 dos satélites eram arrastados para baixo, queimando na atmosfera em uma demonstração do poder caprichoso do sol.

Aqui na Terra, desfrutamos dos benefícios da energia e da luz do sol. Não poderíamos viver sem ele. Mas também estamos expostos a uma barragem constante de vento solar, partículas carregadas provenientes de nossa estrela. Na maioria das vezes, eles só se dão a conhecer em exibições coloridas de auroras.

De vez em quando, no entanto, o sol cospe muito mais material, colocando em risco os satélites e a infraestrutura da Terra. Normalmente, eles vêm com o aviso de uma erupção solar um ou dois dias antes de chegarem até nós. Mas pesquisas recentes sugerem que algumas tempestades podem aparecer sem aviso prévio.

Comparado com o que o sol é capaz, a tempestade que atingiu Starlink foi um peixinho. Para realmente entender o que é possível, devemos voltar o relógio para 2 de setembro de 1859. Naquele dia, a Terra foi engolida por uma gigantesca ejeção de massa coronal (CME). Enormes rajadas de partículas eletricamente carregadas foram lançadas da superfície do sol. Essas partículas chegaram à Terra, onde superaram a barreira criada pelo campo magnético do planeta. Mas ninguém sabia o que era isso na época – os CMEs não foram descobertos até a década de 1970. O que aconteceu a seguir pareceu vir do nada.

Exibições brilhantes da aurora, ou luzes do norte, encheram os céus noturnos em grande parte do mundo, causadas pelas partículas interagindo com gases em nossa atmosfera. O sistema de telégrafo global falhou quando as correntes elétricas surgiram através dos fios, enviando faíscas e iniciando incêndios nos escritórios. Pelo menos um operador de telégrafo ficou atordoado e inconsciente pela eletricidade fantasma saltando do equipamento. As bússolas giravam inutilmente enquanto o campo magnético normalmente estável da Terra se contorcia sob o ataque. A comunicação e a navegação globais foram paralisadas.

Essa tempestade e suas consequências ficaram conhecidas como o evento Carrington, em homenagem a Richard Carrington, o astrônomo britânico que testemunhou a enorme erupção solar em 1º de setembro que, sem que se soubesse na época, colocou o CME em movimento. Embora os CMEs aconteçam regularmente, algo tão grande quanto o evento Carrington ainda não aconteceu desde então. Se isso acontecesse, seria uma história muito diferente.

“Estamos fazendo muito mais no espaço”, diz Jonathan Eastwood, que dirige um grupo de pesquisa no Imperial College London dedicado à modelagem do clima espacial com o objetivo de desenvolver ferramentas de previsão. Hoje, dependemos muito mais da eletricidade e as redes são vulneráveis ​​às tempestades. Temos satélites e, potencialmente, pessoas em órbita. Uma tempestade solar pode até atrapalhar a internet (veja “Internet fritada”). “Precisamos saber qual é o clima espacial”, diz Eastwood, “da mesma forma que precisamos saber qual é o clima em alto mar – ou em qualquer lugar na superfície da Terra”.

As CMEs são normalmente lançadas do sol em algum tipo de evento magnético explosivo, que desencadeia uma explosão solar que podemos ver da Terra. As partículas ejetadas levam um ou dois dias para chegar até nós. Portanto, a ideia básica por trás da previsão do tempo espacial é que você procure o flash brilhante de uma erupção solar, geralmente em comprimentos de onda ultravioleta, e depois procure qualquer CME resultante em câmeras chamadas coronógrafos que bloqueiam a luz ofuscante do sol. Se você vir um CME se aproximando, você emite avisos, assim como faria para um furacão iminente.

Embora simples em princípio, na prática, isso é tudo menos isso. Muitos podem mudar na CME enquanto ela está a caminho, o que às vezes torna quase impossível saber o que realmente está acontecendo. E as consequências de errar não são apenas caras, mas potencialmente mortais.

Eastwood faz parte de uma equipe do Rutherford Appleton Laboratory em Oxfordshire, Reino Unido, que trabalha para o governo do Reino Unido em uma avaliação contínua das consequências do clima espacial. Os pesquisadores consideram o evento Carrington como um “pior cenário razoável”, estudando os efeitos que uma tempestade geomagnética teria. Em 2019, Eastwood e seus colegas descobriram que as usinas elétricas eram particularmente vulneráveis. A eletricidade crescente pode sobrecarregar e queimar transformadores, potencialmente interrompendo o fornecimento de energia para milhões de pessoas por semanas ou até meses.

O clima espacial extremo está no Registro Nacional de Riscos do Reino Unido desde 2011. As estimativas atuais sugerem que um grande evento pode custar ao país entre £ 100 milhões e £ 1 bilhão em receitas perdidas e causar até 200 vidas, em acidentes derivados principalmente da perda de potência. Nos EUA, um estudo previu apagões para cerca de 130 milhões de pessoas e disse que o dano pode levar até 10 anos para ser remediado. Outro, de pesquisadores da Nova Zelândia, disse que poderia causar uma catástrofe global.

O fornecimento de alimentos pode ser interrompido por semanas. Podem ocorrer acidentes em cruzamentos rodoviários não controlados por semáforos ou falhas na rede ferroviária. Pessoas conectadas a sistemas de suporte à vida podem morrer quando os geradores de backup falham e, em lugares remotos, aqueles que dependem de GPS podem se perder. Existe até uma chance de que uma forte tempestade solar possa desencadear algum tipo de evento violento, de forma semelhante à aparição do cometa Hale-Bopp em 1997, que levou 39 membros do culto Heaven’s Gate a morrer por suicídio.

Nos últimos anos, novos riscos foram adicionados. A NASA está planejando enviar pessoas mais uma vez para a lua, onde não há campo magnético para protegê-las. Para esses astronautas, uma grande tempestade solar pode ser fatal. De volta à Terra, o aumento exponencial das constelações de satélites e o uso quase onipresente de sistemas globais de navegação por satélite (GNSS) significam que perdê-los por alguns dias pode ser grave. “O GNSS está cada vez mais arraigado em todos os nossos serviços diários, há mais de dois ou três anos, e certamente há mais de cinco anos”, diz Eastwood. “Mas ainda não analisamos todas as consequências.”

Até agora, tão assustador. A única graça salvadora são os sinais de alerta que recebemos do sol. Depois de testemunhar uma grande explosão solar, sabemos que uma CME está chegando. Temos um ou dois dias para nos preparar, o que é crucial. Mas, infelizmente, pode não ser tão simples. Nos últimos anos, os físicos solares começaram a suspeitar que algumas CMEs se esgueirassem na Terra, lançando-se sem uma assinatura ultravioleta observável. Eles chamam essas aparições de CMEs furtivas.

Não muito tempo atrás, se uma CME aparecesse em um coronógrafo, mas nenhum evento desencadeante pudesse ser visto, os pesquisadores tendiam a supor que a erupção havia ocorrido do outro lado do sol, florescendo no espaço na direção oposta a nós. Mesmo assim, algumas tempestades geomagnéticas pareciam surgir do nada. Era como se a Terra estivesse sendo atingida por uma CME, enquanto o sol parecia calmo. Esses enigmas ficaram conhecidos como “tempestades geomagnéticas problemáticas”.

Pesquisadores, incluindo Jennifer O’Kane, do Laboratório de Ciência e Tecnologia de Defesa do governo do Reino Unido, começaram a investigar o que estava acontecendo, usando missões como o projeto Solar Terrestrial Relations Observatory da NASA (STEREO). Lançado em 2006, o STEREO consistia em duas naves espaciais que se afastaram da Terra em direções opostas – uma para leste e outra para oeste. Isso nos permitiu estudar o espaço entre o Sol e a Terra de lado. “Foi somente quando obtivemos esses pontos de vista diferentes que as CMEs furtivas realmente vieram à tona”, diz O’Kane.

Em primeiro lugar, ficou claro que eles estavam explodindo do lado do Sol voltado para a Terra, não do lado mais distante. Em segundo lugar, os diferentes pontos de vista permitiram aos astrônomos triangular seus pontos de origem no disco solar. Eles estavam entrando em erupção com pouco ou nenhum aviso visível.

Durante seu doutorado no Mullard Space Science Laboratory, University College London, O’Kane decidiu determinar se as CMEs furtivas eram realmente impossíveis de detectar estudando o sol em comprimentos de onda ultravioleta. Ela começou analisando cuidadosamente imagens solares que coincidiam com CMEs furtivas para ver se conseguia encontrar alguma pista da atividade que as havia lançado. Na maioria dos casos, ela encontrou algo, uma mancha ou um padrão incomum na superfície solar. “Sempre havia algo para indicar que talvez algo estivesse acontecendo”, diz ela.

Mas em 19 de abril de 2020, um CME varreu a espaçonave Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia (ESA). Desta vez, não havia absolutamente nenhum sinal de alerta. Para não ser derrotado, O’Kane iniciou uma campanha forense de processamento de imagens para encontrar algo – qualquer coisa. Eventualmente, usando imagens do STEREO, ela teve um vislumbre de uma estrutura magnética ultra tênue que se ergueu suavemente do sol e começou a se arrastar furtivamente para o espaço. Trabalhando de volta em outras imagens, ela descobriu que a estrutura existia há algum tempo. Isso deixou um quebra-cabeça importante.

“O que o fez entrar em erupção?” diz O’Kane. “Ainda não sabemos.” Ela acha que pode haver alguma física genuinamente diferente que está impulsionando as CMEs furtivas em comparação com seus primos mais previsíveis. E ela não é a única a pensar nesse sentido.

Nariaki Nitta, do Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory, na Califórnia, organizou uma equipe de pesquisadores através do International Space Science Institute na Suíça para investigar se a física que lança CMEs furtivas é diferente daquela por trás de CMEs mais normais. Ele recentemente recrutou O’Kane. “A presença de CMEs furtivos e furtivos apresenta um grande desafio na previsão do tempo espacial”, diz Nitta.

Risco máximo

A atividade solar ocorre em um ciclo de aproximadamente 11 anos, de baixo para alto e novamente para baixo. Os picos e vales são chamados de máximo solar e mínimo solar. Em torno do mínimo solar, os astrônomos estimam que até um terço de todas as CMEs são furtivas, o que tem implicações para a eficácia da previsão do tempo espacial. No máximo solar, é ainda pior. Há tanta atividade que pode ser difícil vincular até mesmo os flares comuns a CMEs específicos, não importa os furtivos. “O clima espacial é uma ciência nova”, diz Erika Palmerio, da Predictive Science em San Diego, Califórnia, que também faz parte do grupo de Nitta. “Está melhorando”, diz ela. “Mas a cada ciclo solar, temos novos desafios que tornam as previsões mais importantes e urgentes.”

Como muitos outros neste campo, Palmerio está trabalhando para desenvolver a capacidade de prever as condições climáticas espaciais com vários dias de antecedência. É uma grande pergunta, especialmente quando o novo desafio desta vez é o efeito sobre os milhares de pequenos satélites que a SpaceX e outras empresas planejam lançar, geralmente para fornecer serviços cruciais de internet.

Atualmente, várias organizações oferecem previsões do tempo espacial. Mas, como mostra o evento Starlink, coisas inesperadas acontecem. Esses sistemas estão em constante aperfeiçoamento e, assim como a previsão do tempo na Terra, quanto mais estações você coletar dados, mais precisas serão as previsões. Aqui, as coisas estão melhorando.

Nossas estações meteorológicas espaciais são as várias naves espaciais que agora circulam o sol na parte interna do sistema solar. Existem missões solares dedicadas, como a Parker Solar Probe da NASA e a Solar Orbiter da ESA. Também temos a missão conjunta europeu-japonesa Mercury, BepiColombo, que carrega instrumentos para analisar as condições climáticas espaciais. Depois, há os “cães de guarda” mais próximos da Terra, como a missão ESA-NASA SOHO ou o Observatório Climático do Espaço Profundo da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica.

Graças a essas missões, nossa compreensão do clima espacial está melhorando aos trancos e barrancos. Mas transformar as ferramentas usadas para investigar o clima espacial em retrospectiva em um sistema capaz de prever eventos futuros de forma confiável continua sendo hercúleo. “As demandas são bem diferentes”, diz Eastwood. “Se houve um grande evento climático espacial, você precisa de informações em tempo real para poder tomar as melhores decisões.” Para conseguir isso, seu grupo está agora trabalhando em estreita colaboração com o Met Office e a ESA.

Empresas como a SpaceX, sem dúvida, também procurarão melhorar suas previsões, a fim de evitar a repetição do evento no início do ano. Mas, como Palmerio aponta, a tempestade que derrubou os satélites Starlink foi apenas menor. “Esse é um tipo de tempestade que veremos muitas vezes durante o ciclo solar”, diz ela.

O último mínimo solar foi em dezembro de 2019. O sol está agora se aproximando de um máximo solar esperado por volta de 2025, quando estaremos mais dependentes de satélites e outras tecnologias vulneráveis ​​do que nunca. O tempo todo, o relógio está correndo e as apostas estão ficando mais altas.

Internet frita
Quanto tempo você poderia viver sem a internet? À medida que a atividade do sol aumenta em direção ao seu próximo máximo, previsto para 2025, você pode descobrir.

No ano passado, Sangeetha Abdu Jyothi, cientista da computação da Universidade da Califórnia, Irvine, publicou uma análise de como a atividade solar pode afetar a infraestrutura da Internet. Ela sugeriu que os longos cabos de fibra ótica que se encontram no fundo do oceano são particularmente vulneráveis. Isso porque eles exigem fios longos para conectar as estações “repetidoras”, dispositivos que impedem que os sinais ópticos acumulem erros. Durante uma tempestade solar significativa, os campos magnéticos podem induzir enormes correntes elétricas nos fios que ligam os repetidores. De acordo com a análise de Jyothi, 80% dos cabos submarinos de fibra óptica podem falhar em um evento extremo.

Quando o Facebook, o Google e outros grandes nomes da internet estão enviando a maior parte de seus dados da América do Norte para a Europa por meio de cabos de fibra ótica que correm em latitudes ao norte vulneráveis ​​a tempestades solares, isso é um desastre à espera, diz Jyothi.

O aviso antecipado de uma tempestade pode nos permitir isolar os repetidores de tais correntes. “Se pudermos detectar as mudanças e interromper o circuito de alguma forma, isso pode ajudar”, diz Jyothi. No entanto, esses avisos antecipados nem sempre serão possíveis (veja a história principal). E reparar danos em cabos submarinos é caro e demorado, portanto, uma interrupção é uma possibilidade distinta. “Poderíamos redirecionar os dados, mas a capacidade disponível será muito menor em outros lugares”, diz Jyothi.

Há algumas boas notícias, no entanto. Embora tempestades solares significativas possam causar interrupções na Internet, ainda não está acordado que o impacto seria tão grave quanto Jyothi prevê. Mike Hapgood, do Rutherford Appleton Laboratory, em Oxfordshire, Reino Unido, diz que as correntes induzidas nos repetidores serão muito menores do que a análise de Jyothi sugere. “Esses cabos são projetados para serem resistentes a essas correntes extras”, diz ele.

Milton Mueller, que pesquisa a resiliência de nossa infraestrutura no Georgia Institute of Technology, em Atlanta, diz que, em circunstâncias tão extremas, a infraestrutura elétrica provavelmente falhará primeiro, então não haverá correntes de qualquer maneira e, portanto, não haverá surtos nos repetidores. “Interrupções na Internet podem ser preocupações secundárias ou terciárias se a falha for grave.”

Créditos: Stuart Clark

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