Os loops coronais se estendem da superfície do sol ao longo de complicadas linhas magnéticas. Centro de vôo espacial Goddard da NASA Em março de 2011, cientistas do Reino Unido, Finlândia, França, Bélgica e Espanha anunciaram a formação de um projeto denominado SPACECAST. O objetivo do projeto é detectar, estudar e prever o clima espacial. Mas esses cientistas não são meteorologistas interestelares.
O clima espacial não é igual ao nosso clima aqui na Terra. Você não vai ter uma previsão de espaço parcialmente nublado com possibilidade de aguaceiros. Em vez de, seu boletim meteorológico pode soar como algo saído de um filme de ficção científica. Em vez de precipitação, você estaria olhando para a radiação gama e flutuações magnéticas.
Por que investir em um projeto como esse em primeiro lugar? Porque o clima no espaço nos afeta. Em geral, clima espacial refere-se à energia e às partículas que nosso sol emite. Sem nosso sol, a vida em nosso planeta não existiria como a conhecemos. Mas nem tudo que vem do sol é benéfico para a vida.
A atmosfera do nosso planeta nos protege de algumas das radiações mais nocivas do sol. Isso inclui raios X e radiação gama, ambos são formas de radiação de alta energia que podem retirar elétrons dos átomos, ionizando-os. Estamos relativamente protegidos dessa radiação no solo. Mas o que acontece se estivermos em um avião? Ou que tal astronautas, quem pode estar em órbita baixa ou ainda mais longe da superfície do planeta?
Além do risco à vida humana, o clima espacial pode causar danos aos componentes eletrônicos. A energia do sol pode destruir tudo, desde satélites em órbita até redes elétricas aqui no solo. Vamos dar uma olhada em como o sol pode fazer o mundo escurecer.
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Satélites de comunicação como este são vulneráveis ao clima espacial. NASA Glenn Research Center Existem aproximadamente 900 satélites ativos em órbita ao redor da Terra [fonte:Union of Concerned Scientists]. O lançamento de um satélite não é pouca coisa. O desenvolvimento de um satélite pode custar milhões de dólares, construí-lo, e coloque-o em órbita. Os satélites precisam de impulsos ocasionais para permanecer em órbita. Isso significa que os engenheiros precisam levar em consideração o peso do combustível em cima do próprio satélite.
O clima espacial pode diminuir a vida útil dos satélites de várias maneiras. Se o sol emite uma ejeção de massa coronal (CME), a radiação e as partículas podem interferir nas operações do satélite. A radiação ionizante pode enfraquecer um satélite. A energia também pode aquecer a atmosfera, fazendo com que ele se expanda. Um satélite em órbita baixa pode sofrer resistência atmosférica e correr o risco de cair sem ser impulsionado. Como há uma quantidade finita de combustível a bordo de um satélite, cada aumento não planejado diminui sua vida útil.
A onda de choque magnética que acompanha a atividade solar também é um problema. A menos que um satélite esteja devidamente protegido, as flutuações magnéticas podem induzir eletricidade dentro do próprio satélite. O satélite pode não responder aos comandos adequadamente ou pode dar leituras errôneas ao controle de solo. Entre as partículas que viajam do Sol durante uma CME estão os elétrons. Mesmo um único elétron pode causar problemas se penetrar na blindagem de um satélite.
Muitos satélites militares possuem blindagem espessa - por que não aplicá-la a todos os satélites? A resposta a essa pergunta se resume a risco versus recompensa. A blindagem adiciona peso a um satélite. Isso significa que o lançamento do satélite será mais caro e, dependendo da órbita do satélite, ele pode precisar de reforços mais regularmente do que satélites mais leves. Se o custo de colocar o satélite em órbita for maior do que o benefício de tê-lo lá em primeiro lugar, não faz sentido lançar.
O que o projeto SPACECAST espera fazer é estudar os efeitos da atividade solar em satélites com o objetivo de projetar futuros satélites para serem resistentes a esses efeitos sem aumentar os custos. Parte da missão do SPACECAST é criar sistemas de detecção de alerta precoce que possam permitir que os operadores de satélite ajustem a órbita de um satélite ou desliguem sistemas não essenciais para minimizar os efeitos que uma tempestade solar poderia ter no dispositivo. Com bastante antecedência, as operadoras também podem redirecionar as comunicações de satélite para outros satélites que não estão no caminho de uma tempestade solar.
Já vimos o que pode acontecer a um satélite como resultado da atividade solar. Em 20 de janeiro, 1994, dois satélites de comunicação chamados ANIK E1 e ANIK E2 sofreram falhas internas devido à carga dielétrica profunda. Elétrons movendo-se com intensa energia penetraram na blindagem dos satélites e causaram mau funcionamento. Demorou oito horas para recuperar o controle do E1 e sete meses para trazer o E2 de volta ao serviço [fonte:Horne].
Os perigos não param por aí. Devemos ter astronautas em órbita durante uma tempestade solar, eles também seriam vulneráveis à atividade solar. O SPACECAST ajudará a determinar o tipo de medidas de segurança que precisamos considerar para manter os astronautas seguros durante eventos solares. Isso poderia incluir a criação de salas de segurança dentro de espaçonaves e estações espaciais com blindagem espessa, bem como procedimentos projetados para desligar sistemas não essenciais durante uma tempestade solar.
A atividade do sol também pode afetar a eletrônica aqui na Terra. Próximo, veremos como uma tempestade solar pode desligar uma rede elétrica.
Existe uma relação fundamental entre magnetismo e eletricidade. Se você já construiu um eletroímã, você viu isso em ação. Um eletroímã simples consiste em uma bobina de fio de cobre enrolada em um núcleo - pregos de ferro funcionam bem. Conecte as pontas do fio de cobre a uma bateria. Os elétrons irão fluir através do fio de cobre e gerar um campo magnético. Você pode usar o prego envolto em cobre como um ímã.
Embora a eletricidade possa criar um campo magnético, O contrário também é verdade. Um campo magnético pode criar - ou induzir - eletricidade. Se você introduzir um campo magnético em um condutor elétrico, você fará com que os elétrons fluam através do condutor como se ele estivesse conectado a uma fonte de energia. Use um campo magnético forte o suficiente e o fluxo de eletricidade será significativo.
O sol pode produzir campos magnéticos incríveis. Durante uma tempestade solar, a força magnética expelida pelo sol é forte o suficiente para mudar a forma da magnetosfera da Terra. Nós chamamos isso de tempestade geomagnética e pode causar estragos em grandes sistemas elétricos. Sistemas menores, como seu smartphone ou computador, tendem a ser seguros. Normalmente, as tempestades solares afetam apenas os grandes condutores. Mas esses grandes condutores podem interferir na operação de sistemas menores.
Um surto de eletricidade em uma rede elétrica é uma má notícia. Ele pode danificar transformadores e até mesmo romper as linhas de força conforme mais picos de eletricidade passam pelo sistema do que foi projetado para suportar. Em 1989, uma tempestade geomagnética causou mau funcionamento da rede elétrica de Quebec. Houve um blecaute total para cerca de seis milhões de residentes durante nove horas. O custo total do sistema HydroQuebec foi de US $ 6 bilhões [fonte:Horne].
O SPACECAST ajudará as nações europeias a prever quando ocorrerá uma tempestade geomagnética. Em teoria, Isso dará às nações um tempo valioso para ajustar as cargas da rede elétrica para se prepararem para as flutuações magnéticas que se aproximam. No futuro, As abordagens de rede inteligente podem permitir aos engenheiros a chance de distribuir cargas de energia de uma forma que não atrapalhe os clientes.
Radio Goo GooFlutuações magnéticas na ionosfera podem interferir nas transmissões de rádio de alta frequência. Isso pode incluir sinais enviados por satélites GPS, o que pode nos afetar na Terra - o seu confiável sistema de navegação GPS pode não ser capaz de determinar sua localização real como resultado.
Uma imagem do sol capturada em 2 de abril, 2001, pelo Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT) durante a maior explosão solar já registrada. Centro de vôo espacial Goddard da NASA Além de proteger ativos na Terra e acima dela, O SPACECAST impulsionará a pesquisa científica. Há muito que não sabemos sobre o clima espacial. As lacunas em nosso conhecimento tornam difícil nos prepararmos para eventos solares.
Considere as ejeções de massa coronal (CMEs). Esses eventos ocorrem quando o sol emite enormes quantidades de massa. Muitas vezes coincidem com erupções solares particularmente grandes, mas não entendemos totalmente a relação entre as duas. Um CME pode empurrar elétrons, prótons e núcleos pesados do sol em velocidades próximas à velocidade da luz. Elétrons, impulsionado pela energia devido ao intenso calor do sol, viajar ao longo das linhas do campo magnético. Se o CME estiver voltado para a Terra, esses elétrons podem nos atingir em uma onda de choque bem antes do loop gerado pelo CME nos atingir.
Os cientistas querem aprender mais sobre CMEs e por que ocorrem. Precisamos de mais estudos para determinar exatamente onde e como eles se formam no sol. Também é importante aprender por que as partículas de diferentes tipos de eventos CME viajam em velocidades diferentes. Somente conhecendo esses detalhes podemos criar um sistema de alerta eficaz.
Nem todo CME resulta em uma tempestade geomagnética aqui na Terra. Isso significa que precisamos aprender quais fatores contribuem para os tipos que nos afetam, para que possamos diferenciar entre um evento inofensivo e outro que pode causar dores de cabeça aqui em casa.
Outra área de estudo científico é o comportamento da magnetosfera da Terra. É difícil criar experimentos que nos forneçam dados significativos - a maior parte do nosso conhecimento vem da observação direta. Como resultado, há muito que não entendemos sobre o campo magnético da Terra, particularmente quando é influenciado pelo clima espacial.
Isso é apenas a ponta do iceberg, no que diz respeito aos estudos científicos. Mas os cientistas que trabalham no SPACECAST esperam investigar esses mistérios e projetar sistemas capazes de nos fornecer informações úteis no caso de um clima espacial potencialmente perigoso. Sem este conhecimento, tudo o que podemos esperar são suposições semi-educadas.
Um sistema de alerta espacial é vital para proteger os astronautas em órbita. Este é o astronauta Ed Gibson no Skylab-4. Centro de vôo espacial Marshall da NASA Para que o SPACECAST funcione, A Europa deve investir em sensores tanto no espaço como no terreno. Existem vários sistemas de sensores independentes localizados em países da Europa. Mas esses sistemas dependem de fontes separadas de financiamento para se manterem ativos. Se o sistema em um país ficar offline devido à falta de fundos, A Europa perderia uma parte significativa do que poderia ser um sistema de alerta abrangente.
Por essa razão, cientistas como Richard Horne recomendaram um projeto como o SPACECAST para unir esses esforços. Não só uma abordagem unificada significará melhor comunicação e coleta de dados, mas também segurança em face de cortes financeiros. Muito do apelo do SPACECAST se deve ao seu potencial impacto financeiro. Para tornar o SPACECAST viável, os cientistas tiveram que convencer os políticos de que o próprio sistema de alerta da Europa poderia economizar bilhões de dólares em prejuízos aos países.
No passado, A Europa contou com programas como a NASA para alertar sobre tempestades solares e atividade geomagnética. Mas esses sistemas não se dedicam à Europa. Os cientistas responsáveis pelo SPACECAST argumentaram que um projeto europeu fornecerá melhor proteção do que um programa geral. Ao mesmo tempo, Cientistas do SPACECAST trabalharão com a NASA para compartilhar informações e construir conhecimento.
Existem várias indústrias que poderiam se beneficiar de um sistema de alerta, além de empresas de energia e organizações que operam satélites. As empresas que perfuram para gás e petróleo usam leituras magnéticas para orientar os instrumentos. Uma tempestade geomagnética pode introduzir erros de instrumentação, o que pode levar a erros que custam bilhões de dólares. E a indústria aérea pode reprogramar voos com base na atividade solar - em altitudes mais elevadas, a atmosfera da Terra oferece menos proteção contra a radiação solar prejudicial.
O SPACECAST será um projeto evolutivo. Antes que os cientistas possam implementar um sistema de alerta completo, eles terão que estudar os efeitos de cinturões de radiação e atividades solares em satélites. Eles precisarão desenvolver nossa compreensão da atividade do sol e de quando podemos esperar sentir os efeitos de uma tempestade solar. Mas é um passo para garantir que a atividade solar não afetará negativamente a vida dos europeus.
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