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Em 1859, a ciência da física solar realmente começou com o maior surto da história da humanidade: o evento Carrington. Antes disso, muitas pessoas observavam o Sol: estavam empenhadas em contar e rastrear as manchas solares, observando a velocidade diferencial de rotação do Sol, estabelecendo uma relação potencial entre a atividade solar e o campo magnético da Terra e observando a aurora. Quando os astrônomos Richard Carrington e Richard Hodgson notaram uma enorme "erupção branca" no Sol em 1º de setembro de 1859, ficou claro que a Terra e o Sol estavam conectados de forma tão forte que nem podíamos imaginar. Apenas 17 horas depois, a Terra foi atingida pela maior tempestade geomagnética já registrada, e relatos mundiais de suas consequências eram lendários. Sabendo que esses eventos acontecem regularmente,estamos prontos para o inevitável? Aqui está o que Erich Ratkamp quer saber ao fazer a seguinte pergunta:
“As ejeções de massa coronal, comparáveis ao evento Carrington de 1859, poderiam destruir toda a rede elétrica dos Estados Unidos ... Podemos reconhecer essas emissões e emitir avisos sobre elas com pelo menos 24 horas de antecedência? Haverá tempo suficiente para sobreviver a um evento no nível de Carrington? Se tal evento acontecer amanhã, podemos lidar com isso? "
Quando se trata de desastres naturais iminentes, o melhor que podemos fazer é nos preparar para eles. Isso é o que o sol preparou para nós.
Fragmento da "primeira luz" do telescópio solar Inoue, propriedade da National Science Foundation. Ele mostra células de calor do tamanho do Texas na superfície do Sol em uma resolução mais alta do que nunca. Pela primeira vez, os objetos podem ser vistos entre as células com uma resolução de apenas 30 km, o que lança luz sobre os processos que ocorrem dentro do sol.
O Sol geralmente é bastante silencioso e produz a mesma quantidade constante de energia com uma precisão de 99,9%. Ele gira sobre seu eixo com um período de 25 dias no equador e 33 dias nos pólos, e também emite um fluxo constante de partículas: o vento solar. Seu núcleo central atinge uma temperatura máxima de cerca de 15 milhões de K, mas a borda de sua fotosfera é relativamente fria - cerca de 6.000 K, e é daí que vem a energia que recebemos.
Além disso, um plasma fino e muito quente é separado da fotosfera: a coroa solar, cuja temperatura é de centenas de milhares de Kelvin, e sua conexão é fornecida pelo campo magnético irregular caótico do sol. No entanto, às vezes aparecem manchas solares no Sol, que são regiões relativamente frias em sua fotosfera. Existem conexões magnéticas entre o Sol, a coroa e até mesmo outros corpos do sistema solar, como a Terra. Flares solares, ejeções de massa coronal e outros eventos de reconexão magnética associados a vários processos podem enviar fluxos de partículas de energia em certas direções.
Uma erupção solar que desencadeia uma ejeção de matéria no sistema solar pode desencadear eventos como uma ejeção de massa coronal. Embora normalmente demore cerca de 3 dias para as partículas chegarem, as emissões mais poderosas podem chegar à Terra em menos de 24 horas e podem causar estragos em nossa infraestrutura eletrônica e elétrica.
Em condições normais, podemos dizer o seguinte sobre esses fluxos de tais partículas:
- Eles são relativamente lentos e de baixo consumo de energia, leva cerca de 3 dias para superar a distância da Terra ao Sol
- Eles tendem a voar ao redor da Terra porque estão espalhados livremente no espaço e suas chances de entrarem diretamente na Terra são mínimas;
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É importante observar que as próprias partículas não representam uma ameaça aos organismos biológicos na superfície da Terra (como nós). Mas isso não significa que estejamos imunes a quaisquer consequências prejudiciais desses processos.
Se tudo der errado, o resultado pode ser terrível. Se uma erupção solar levar a uma ejeção de massa coronal, se essa ejeção for de alta energia, e se as partículas correrem diretamente para a Terra, e (mais uma coisa) se o campo magnético do material ejetado e o campo magnético da Terra têm polaridades opostas, então nosso planeta será infligido o dano máximo: infraestrutura, eletrônicos e muito mais serão afetados. Isso é quase certo o que aconteceu 162 anos atrás, quando o infame evento de Carrington aconteceu.
Os arcos coronais solares, como os observados pelo satélite Transition Region And Coronal Explorer (TRACE) da NASA em 2005, seguem a trajetória do campo magnético solar. Quando esses loops “quebram” da maneira certa, eles podem levar a ejeções de massa coronal que podem atingir a Terra. Uma grande ejeção ou erupção solar pode desencadear um novo tipo de desastre natural: o Armagedom causado por erupções.
Por volta do meio-dia de 1º de setembro de 1859, Richard Carrington estava rastreando uma grande mancha irregular na superfície do Sol quando de repente um clarão brilhante apareceu acima dela. Carrington descreveu o flash como muito brilhante e notou que ele se deslocou para a direita do local por cerca de 5 minutos. Então, tão repentinamente quanto apareceu, o flash desapareceu completamente.
Cerca de 18 horas depois (3-4 vezes mais rápido do que uma erupção solar normal), ocorreu a maior tempestade geomagnética da história humana. Os mineiros americanos acordaram pensando que já era madrugada. Em lugares onde era noite, as auroras eram tão brilhantes que você podia ler um jornal à sua luz. Uma "cortina verde" de auroras podia ser vista em muitas latitudes equatoriais: foram relatadas por Cuba, Havaí, México e Colômbia. E o pior de tudo, nossos primeiros sistemas elétricos (como o telégrafo) foram expostos a correntes induzidas que causaram danos, incêndios e cliques selvagens de dispositivos, mesmo quando os próprios sistemas foram completamente desligados.
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A física por trás disso é simples e assustadora quando você pensa a respeito. Partículas carregadas que são emitidas pelo Sol e atingem a atmosfera da Terra não são prejudiciais em si mesmas, já que a atmosfera pode perfeitamente desacelerá-las. Mas se um grande número dessas partículas se mover em alta velocidade, elas criarão seus próprios campos magnéticos - como é o caso com qualquer corrente elétrica. Se esses campos magnéticos forem fortes o suficiente, eles podem alterar significativamente o campo magnético local na superfície da Terra. Se você mudar a força e / ou direção do campo magnético que passa pelo loop ou bobina, essa mudança no campo magnético resultará em uma corrente elétrica.
Deixe-me repetir isso de novo: se o campo magnético muda em um loop ou bobina, uma corrente elétrica induzida aparece. A humanidade conhecia essa lei muito antes do evento de Carrington: Faraday a descobriu em 1831 . Mas o mundo mudou muito desde os dias de Carrington, já que redes de energia, usinas e subestações de energia, infraestrutura de transporte de energia e até mesmo eletrônicos de consumo, comerciais e industriais estão cheios de loops e bobinas. O poder das correntes induzidas, se vivêssemos hoje um evento como o de Carrington, seria literalmente astronômico.
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As estimativas de danos potenciais (assumindo que nenhuma medida seja tomada para mitigá-los) aumentaram para números de 11 dígitos em todo o mundo. As redes de energia da maioria dos países serão completamente destruídas. A melhor maneira de mitigar os efeitos de tal clarão é fortalecer o aterramento para que as grandes correntes que fluiriam para a rede elétrica, em vez disso, fossem diretamente para a Terra. No entanto, sempre que as empresas de energia tentam fazer isso, a substância condutiva usada para o aterramento (como o cobre) é roubada devido ao seu valor material.
Como resultado, temos usinas e subestações não aterradas que passarão por enormes correntes induzidas, que geralmente levam a incêndios com os consequentes danos significativos e destruição da infraestrutura. Não estamos falando apenas de um desastre de vários trilhões de dólares (estimado em US $ 2,6 trilhões em danos apenas aos Estados Unidos ), estamos falando de uma enorme quantidade de eletricidade sendo deixada sem eletricidade por longos períodos de tempo (potencialmente anos). Considerando o que aconteceu no Texas recentemente(quando as baixas temperaturas deixaram muitas áreas sem eletricidade), existe o risco de mortes extremamente elevadas - muitas pessoas precisam de eletricidade para se manterem vivas.
Uma explosão solar de classe X na superfície do Sol em 2012: um evento que ainda era muito, muito mais fraco em brilho e produção geral de energia do que o evento de Carrington de 1859, mas que ainda poderia causar uma tempestade geomagnética catastrófica se acompanhado de uma massa coronal ejeção, cujo campo magnético tinha a polaridade correta (ou incorreta, dependendo do seu ponto de vista).
O evento Carrington não foi uma ejeção massiva que acontece a cada poucos milhões de anos. Muitas erupções solares atingiram a Terra, algumas das quais causaram danos locais às redes de energia. Uma série de tempestades solares em 1972 causou interrupções generalizadas nas redes elétricas e de telecomunicações, mau funcionamento de satélites e até causou uma explosão acidental de minas navais no Vietnã. Uma tempestade geomagnética em 1989 causou uma paralisação completa do sistema de transmissão de energia de Quebec. E uma tempestade solar em 2005 desligou a rede GPS. Esses eventos podem ter sido devastadores, mas foram apenas tiros de aviso em comparação com o que a natureza tem reservado para nós.
Em 2012, o Sol finalmente (pela primeira vez desde que desenvolvemos instrumentos capazes de monitorá-lo suficientemente) emitiu uma explosão solar que foi provavelmente tão poderosa quanto a que causou o evento Carrington de 1859. Aconteceu no dia 23 de julho e foi isso que nos salvou. O surto ocorreu no mesmo plano da órbita da Terra, mas nos perdemos por nove dias. Como no evento de Carrington, as partículas percorreram a distância do Sol até a Terra em apenas 17 horas. Se a Terra estivesse a caminho, os danos globais causados poderiam ultrapassar a marca de US $ 10 trilhões, sem mencionar a perda imensurável de vidas.
A luz do sol brilhando através da cúpula aberta do telescópio Daniel K. Inoue Solar Telescope (DKIST) atinge o espelho principal e faz com que fótons sem informações úteis reflitam sobre ele, enquanto informações úteis são enviadas para instrumentos montados em outras partes do telescópio.
No entanto, a maioria de nós não trata as tempestades solares da mesma forma que os furacões, tornados, terremotos, tsunamis ou erupções vulcânicas. Embora no mundo atual dependente da eletrônica, devemos pensar nesses fenômenos em termos de preparação para desastres. Com a chegada (ano passado) do telescópio solar Daniel K. Inoue , estamos finalmente prontos para sermos alertados quando uma tempestade geomagnética de proporções catastróficas nos ameaçar.
Este telescópio solar funciona como um magnetômetro que mede o desempenho do Sol. É capaz de medir o campo magnético do Sol e da coroa solar, o que nos permite saber se uma ejeção de massa coronal direcionada para a Terra possui um campo magnético oposto ao campo de nosso planeta no momento. Se detectarmos um outlier, podemos tomar medidas de mitigação em grande escala, incluindo:
- Desconexão pelas empresas de energia de suas redes - para fazer tudo de forma correta e responsável, leva cerca de 24 horas para um desligamento gradual
- Desconexão e (se possível) aterramento de estações e subestações de modo que fortes correntes induzidas não penetrem em residências, empresas e edifícios industriais e não causem incêndios
- Publicação de orientações para moradores de casas, que abordarão como lidar com segurança com tais situações: desligue todos os eletrodomésticos e eletrônicos, desconecte alguns fios e sistemas, etc.
Quando uma ejeção de massa coronal parece se propagar em todas as direções relativamente igualmente do nosso ponto de vista (este fenômeno também é conhecido como uma ejeção de massa anular), isso é um sinal de que provavelmente está se dirigindo diretamente para o nosso planeta. Um flash direcionado para o lado tem mais probabilidade de passar por nosso planeta, que é o que todos devemos esperar.
A explosão solar mais rápida que já viajou do Sol à Terra nos atingiu em apenas 14,6 horas, o que significa que, idealmente, gostaríamos que nossos tempos de reação deixassem espaço para manobra. No entanto, o maior perigo está em estar completamente despreparado e estamos muito perto disso. Temos os rudimentos da infraestrutura necessária para detectar e medir esses eventos - não apenas o telescópio Inoue, mas também a Sonda Solar Parker, bem como nossos satélites para monitorar o Sol localizados no ponto L1 de Lagrange no espaço, mas isso não é chega ...
Na pior das hipóteses, o surto ocorrerá durante uma onda de frio que afetará o hemisfério norte no inverno. Isso cortará a eletricidade na maioria dos países desenvolvidos, deixando bilhões de pessoas sem aquecimento e eletricidade. O armazenamento e a distribuição de alimentos e água podem ser interrompidos, deixando bilhões de pessoas sobrevivendo por conta própria. Nossos sistemas de satélite também podem ser desativados . Qualquer sistema que dependa de manobras computadorizadas para evitar colisões pode desencadear uma reação em cadeia de colisão com satélites em órbita baixa da Terra. Se não nos prepararmos, um evento pode nos fazer retroceder como uma civilização décadas atrás.
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Então, o que devemos fazer para nos preparar? Primeiro, você precisa estabelecer uma detecção precoce usando observações terrestres e espaciais do Sol e partículas que se movem do Sol para a Terra. Idealmente, isso requer uma rede de observatórios heliofísicos na Terra, no ponto L1 Lagrange no espaço e nas proximidades do próprio Sol. Devemos preparar as redes de energia para blecautes e interrupções completas, que levam menos de 14 horas para serem concluídas, bem como fortalecer o aterramento nas estações e subestações. Devemos criar órbitas “seguras” obrigatórias para os satélites, de modo que as falhas eletrônicas não sejam catastróficas, e devemos desenvolver planos de contingência para os cidadãos no caso de um flash de nível Carrington indo em direção à Terra.
Na verdade, a ameaça está se aproximando, seu início é apenas uma questão de tempo. Se não fizermos nada para nos preparar para a explosão massiva, trilhões de dólares em danos à infraestrutura e muito possivelmente um grande número de mortes podem ser esperados. Mas se pudermos preparar nossa rede elétrica, sistema de distribuição e humanidade para o inevitável, podemos de fato sobreviver com eficácia até mesmo a um evento no nível de Carrington. Só precisamos nos empenhar e investir na prevenção. Caso contrário, estaremos pagando muito - por anos ou décadas.
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