Cientistas avistam ‘furacão espacial’ pela primeira vez

Os cientistas suspeitavam que se podiam formar vórtices no alto da atmosfera da Terra, mas esta é a primeira vez que foi observado um vórtice a agitar a aurora boreal.

Publicado 31/03/2021, 15:32 WEST

   

Fotografia de MARK GARLICK

Quando o sol envia uma rajada de partículas carregadas de energia na nossa direção, podem surgir auroras maravilhosas: luzes vibrantes a dançar nos céus perto dos polos magnéticos norte e sul. Mas, de vez em quando, uma misteriosa mancha de luzes aurorais paira sobre o Polo Norte. Não se sabe exatamente o que são estas luzes ou o que as está a produzir, sobretudo porque aparecem durante períodos de tranquilidade do sol.

Agora, uma equipa internacional de cientistas pode finalmente ter desvendado o mistério. Estas manchas podem ser a aurora boreal a girar com uma forma espiral semelhante à forma familiar de um furacão – um fenómeno que a equipa apelidou de “furacão espacial”.

Enquanto analisavam vastos conjuntos de dados recolhidos por um programa de satélite da era da Guerra Fria, os investigadores observaram uma explosão de emissões aurorais sobre o Polo Norte capturadas com detalhes sem precedentes. Conforme relatado no estudo publicado na edição de fevereiro da Nature Communications, uma aurora invulgar que surgiu em 2014 sobre o Polo Norte tinha um centro calmo, ou “olho”, com fortes “ventos” de plasma – gás eletricamente agitado – a viajarem em torno de si como se fossem um vórtice. Com uma duração de cerca de oito horas, este evento tinha mais de 1.000 quilómetros de diâmetro e estendia-se desde a sua base, a 95 quilómetros acima do nível do mar, até aos 800 quilómetros de altura, alcançando o espaço.

As manchas aurorais deste tipo observadas antes de 2014 também podem ter sido furacões espaciais. Se assim for, isso significa que o evento de 2014 não é por si só uma nova descoberta. Mas, de acordo com Kjellmar Oksavik, coautor do estudo e investigador de física espacial da Universidade de Bergen, na Noruega, “esta é a primeira vez que observámos que é realmente um furacão, tanto em forma como em comportamento”.

Mas há algumas incógnitas, incluindo o quão comuns são os furacões espaciais e a quantidade de energia transferida para a atmosfera da Terra.

Caçar furacões espaciais

Nos últimos anos, Qing-He Zhang, da Universidade Shandong, na China, e autor principal deste novo estudo, tem pesquisado dados de satélite com os seus alunos na tentativa de encontrar fenómenos interessantes na alta atmosfera. Um dos conjuntos de dados foi cortesia do Programa de Satélites Meteorológicos de Defesa, programa originalmente estabelecido pelos EUA na década de 1960 para rastrear o clima mundial e ajudar as forças armadas norte-americanas a planearem operações militares.

Qing Zhang explica que, uma vez que existem entidades semelhantes a furacões nas nuvens de Júpiter, Saturno, Urano e Neptuno – como por exemplo a Grande Mancha Vermelha de Júpiter – bem como na Terra, ele estava curioso para saber se podia existir algo semelhante na parte superior das atmosferas dos planetas. A Terra, rodeada de satélites, parecia ser um bom lugar para começar a procurar.

Os satélites já tinham observado manchas aurorais suspeitas sobre o polo magnético norte, mas esses olhos no céu nunca estavam nas órbitas ou tinham as câmaras corretas para ver mais do que apenas uma névoa. Contudo, os satélites militares dos EUA orbitam muito mais perto da Terra e transportam instrumentos que conseguem detetar claramente essas auroras. E embora essa configuração seja perfeita para encontrar um furacão espacial, a tarefa não foi fácil para os investigadores – que não sabem quando podem ser mais prováveis e quais podem ser as principais características de um furacão espacial. “Não sabemos o que procuramos”, diz Kjellmar Oksavik.

Os satélites militares avistaram uma mancha auroral semelhante a um ciclone a girar no topo do polo magnético norte no dia 20 de agosto de 2014, algo que se parecia com um furacão. Mas a atividade solar nesse momento estava completamente errada para que isso acontecesse. O alinhamento do campo magnético estendido do sol não era propício para uma aurora forte, e o vento solar – o fluxo de partículas e magnetismo disparado para o espaço pelo sol – estava com um movimento lento e carecia de muitas partículas carregadas de energia.

Como é que esta aurora podia existir?

Em espiral

Primeiro, é importante compreender como é que surgem as auroras.

Os eletrões lançados pelo sol viajam em espiral até aos polos magnéticos da Terra e chocam com átomos e moléculas de gás neutros na nossa atmosfera superior, energizando-os temporariamente e provocando clarões de luz. Essa luz – com brancos, vermelhos, violetas, azuis, verdes e vermelhos, dependendo dos gases específicos que estão a ser afetados – compõe as auroras boreal e austral.

A aurora boreal aparece sob a forma de algo chamado oval auroral, que basicamente é um anel em torno do norte magnético que se expande e contrai conforme o campo magnético da Terra responde ao vento solar supersónico e ao campo magnético do sol.

Uma oval auroral mais larga acontece quando o campo magnético do sol aponta para sul enquanto interage com a secção diurna do campo magnético da Terra, que aponta para norte enquanto flui em torno do planeta. Durante uma tempestade solar, na qual eletrões e partes do campo magnético do sol voam em direção à Terra, os campos magnéticos do sol e da Terra podem acoplar-se, um pouco como duas extremidades opostas de um íman. Este acoplamento estabelece um forte trajeto magnético entre o sol e a Terra, permitindo que eletrões e iões positivos do vento solar se dirijam rapidamente para a atmosfera da Terra nos polos.

Para explicar o estranho vórtice auroral semelhante a um furacão de 2014 – um espetáculo de luzes giratório compactado em torno do norte magnético – a equipa tentou replicar o que os satélites viram num modelo 3D que consegue simular os movimentos de fluidos magnéticos.

Naquele momento, a bússola magnética do sol estava a apontar fortemente para  norte, pelo que o acoplamento com o campo magnético da Terra era extremamente fraco. Isso fez com que a oval auroral se contraísse num pequeno ponto no topo do polo norte magnético.

Mesmo com as condições amenas de vento solar presentes naquele dia, a parte superior da atmosfera da Terra continuou a ser atingida por eletrões. Se estes eletrões caíssem sobre uma oval auroral mais larga, normalmente produziriam auroras mais ténues. Mas como naquele dia estavam a cair sobre uma oval tão estreita, mais átomos de gás e moléculas estavam a ser afetados naquele local específico do que o normal, criando um brilho auroral mais brilhante do que seria de esperar.

O vento solar também tinha uma componente magnética este-oeste. Embora isso não seja particularmente invulgar, quando é aplicado a uma oval auroral altamente contraída, acaba efetivamente por a empurrar, fazendo com que a aurora rodopie. E assim obtemos um furacão espacial.

História de dois furacões

Os autores do estudo reconhecem que as comparações com os furacões nascidos no topo dos oceanos da Terra não são as melhores.

Ambos têm olhos calmos e a matéria gira em torno do olho com velocidades vertiginosas em braços espirais. “A analogia é certamente evocativa”, diz Daniel Swain, cientista climático da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que não participou na investigação. Mas Daniel salienta que são coisas fundamentalmente diferentes. Um furacão é essencialmente uma máquina de calor que extrai energia dos oceanos nos trópicos e a transfere para os polos. Os processos físicos envolvidos num furacão espacial são completamente diferentes.

A palavra furacão também pode suscitar a imagem de uma coisa maciça, furiosa e destrutiva, como acontece com os furacões terrestres. Mas será que os furacões espaciais também podem ser uma ameaça?

Por exemplo, as comunicações de rádio e satélite que ricocheteiam na atmosfera por cima do norte magnético poderiam deslocar posições de mapas derivados de GPS para os exploradores do Ártico. Os eletrões que caem numa forma oval mais apertada também podem aquecer a atmosfera por baixo e fazer com que esta se expanda e inche. Isso pode diminuir a velocidade dos satélites à medida que estes passam por essa bolsa atmosférica densa.

Mas os efeitos provavelmente serão mínimos. As tempestades geomagnéticas criadas por explosões solares muito mais poderosas, daquelas capazes de destruir a infraestrutura elétrica a nível mundial, são o verdadeiro perigo do clima espacial, diz Alexa Halford, investigadora de física espacial do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, que não participou no estudo.

Rodopiar na escuridão

Começou a caça aos furacões espaciais. Agora que os investigadores sabem quais são as características a procurar, diz Kjellmar Oksavik, é possível criar algoritmos que interpretem rapidamente os dados de satélite e identificar outros candidatos. E quando forem encontrados, ajudarão os investigadores a compreender melhor o seu comportamento e poderão revelar se acontecem exclusivamente por cima do Polo Norte ou se também surgem no Polo Sul.

O facto de o furacão espacial de 2014 ter aparecido durante um ciclo solar tranquilo sugere que estes furacões são comuns, porque não requerem uma atividade solar acima da média para existir. E isto não se cinge apenas à Terra, também pode acontecer noutros mundos que têm campos magnéticos, incluindo os gigantes de gás e gelo e possivelmente até a lua de Júpiter, Ganimedes, a única lua que tem o seu próprio campo magnético.

Por enquanto, encontrar apenas um furacão espacial já é muito entusiasmante. “Enquanto humanos, pensamos que sabemos muito sobre o universo, sobre o nosso próprio planeta e o que nos rodeia”, diz Kjellmar Oksavik. “E depois descobrimos algo que não estávamos à espera.”
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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