Tempestade geomagnética: diferenças entre revisões

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[[Ficheiro:Magnetosphere rendition.jpg|thumb|upright=1.9|[[Magnetosfera]] da [[Terra]]]]
[[Imagem:Magnetosphere rendition.jpg|upright=1.75|thumb|Representação artística de partículas de [[vento solar]] interagindo com a [[magnetosfera]] da [[Terra]]. Os tamanhos não estão em escala]]
'''Tempestade geomagnética''' ou '''tempestade solar''' é uma perturbação temporária da [[magnetosfera]] da [[Terra]] causado por uma onda de choque do [[vento solar]] e/ou nuvem magnética que interage com o [[campo magnético da Terra]]. O aumento da pressão do vento solar inicialmente comprime a magnetosfera. O campo magnético do vento solar então interage com o campo magnético da Terra e transfere um aumento de energia na magnetosfera. Ambas as interações causam um aumento na circulação de [[plasma]] através da magnetosfera (impulsionado pelo aumento de campos elétricos no interior da magnetosfera) e um aumento da [[corrente eléctrica]] na [[ionosfera]] e magnetosfera.
Uma '''tempestade geomagnética''', também conhecida como '''tempestade magnética''', é uma perturbação temporária da [[magnetosfera]] da [[Terra]] causada por uma [[onda de choque]] do [[vento solar]] e/ou nuvem de [[campo magnético]] que interage com o [[campo magnético da Terra]].


Durante a fase principal de uma tempestade geomagnética, a corrente elétrica na magnetosfera cria uma força magnética que é empurrada para fora da fronteira entre a magnetosfera e o vento solar. A perturbação no meio interplanetário que aciona uma tempestade geomagnética pode ser uma [[ejeção de massa coronal]] (EMC) ou uma corrente de alta velocidade<ref>''Corotating Interaction Regions,'' Corotating Interaction Regions Proceedings of an ISSI Workshop, 6–13 June 1998, Bern, Switzerland, Springer (2000), Hardcover, ISBN 978-0-7923-6080-3, Softcover, ISBN 978-90-481-5367-1</ref> do vento solar proveniente de uma região da superfície do [[Sol]] com campo magnético fraco. A frequência de tempestades geomagnéticas aumenta e diminui com o [[Ciclo solar|ciclo]] das [[manchas solares]]. As tempestades impulsionadas por EMCs são mais comuns durante o máximo do ciclo solar e tempestades conduzidas por correntes de alta velocidade são mais comuns durante o mínimo do ciclo solar.
A perturbação que impulsiona a tempestade magnética pode ser uma [[ejeção de massa coronal]] solar (CME) ou (muito menos severamente) uma região de interação corrotante (CIR), um fluxo de vento solar de alta velocidade originário de um [[buraco coronal]].<ref>''Corotating Interaction Regions,'' Corotating Interaction Regions Proceedings of an ISSI Workshop, 6–13 June 1998, Bern, Switzerland, Springer (2000), Hardcover, {{ISBN|978-0-7923-6080-3}}, Softcover, {{ISBN|978-90-481-5367-1}}</ref> A frequência das tempestades geomagnéticas aumenta e diminui com o ciclo das [[manchas solares]]. Durante o [[máximo solar]], as tempestades geomagnéticas ocorrem com mais frequência, sendo a maioria impulsionada por CMEs.


O aumento da pressão do vento solar inicialmente comprime a magnetosfera. O campo magnético do vento solar interage com o campo magnético da Terra e transfere uma energia aumentada para a magnetosfera. Ambas as interações causam um aumento no movimento do plasma através da magnetosfera (impulsionado pelo aumento dos campos elétricos dentro da magnetosfera) e um aumento na corrente elétrica na magnetosfera e na [[ionosfera]]. Durante a fase principal de uma tempestade geomagnética, a corrente elétrica na magnetosfera cria uma força magnética que empurra a fronteira entre a magnetosfera e o vento solar.
Existem vários fenômenos atmosféricos que tendem a ser associados com ou são causados por uma tempestade geomagnética, como evento de partícula solar, correntes induzidas geomagneticamente, perturbações ionosféricas que causam a [[cintilação]] de rádio e radar, interrupção da navegação por [[bússola]] magnética e [[Aurora polar|auroras]] em [[latitude]]s muito mais baixas do que o normal. Durante o chamado "[[Evento Carrington]]", em 1859, auroras foram vistas no [[Havaí]] e redes de [[telégrafo]]s queimaram. Em 1989, uma tempestade geomagnética energizou linhas de transmissão de energia que interromperam a distribuição de [[energia elétrica]] na maior parte da província de [[Quebec]], no [[Canadá]],<ref name="cbc.ca">{{citar jornal|título=Scientists probe northern lights from all angles |url=http://www.cbc.ca/health/story/2005/10/22/northern_lights_051022.html |publicado=[[Canadian Broadcasting Company|CBC]] |data=22 de outubro de 2005 }}</ref> e causou auroras que puderam ser vistas no [[Texas]], sul dos [[Estados Unidos]].<ref name="Earth dodges magnetic storm">{{citar jornal|título=Earth dodges magnetic storm |url=http://www.newscientist.com/article/mg12216702.200-earth-dodges-magnetic-storm-.html |publicado=[[New Scientist]] |data=24 de junho de 1989 }}</ref> Estima-se que o prejuízo financeiro que um evento semelhante ao que ocorreu em 1859 causaria na civilização moderna poderia chegar a 2,6 [[trilhões]] de dólares.<ref>[http://www.lloyds.com/~/media/lloyds/reports/emerging%20risk%20reports/solar%20storm%20risk%20to%20the%20north%20american%20electric%20grid.pdf ''Solar Storm Risk to the North American Electric Grid'' Lloyd's 2013]</ref> Existe uma probabilidade de 12&thinsp;% de que um evento parecido aconteça entre os anos de 2012 e 2022.<ref name="NASA-20140723a">{{citar jornal|último =Phillips |primeiro =Dr. Tony |título=Near Miss: The Solar Superstorm of July 2012 |url=http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2014/23jul_superstorm/ |data=23 de julho de 2014 |obra=[[NASA]] |acessodata=26 de julho de 2014 }}</ref> Em 23 de julho de 2012, uma [[Tempestade solar de 2012|tempestade solar do "nível Carrington" foi observada]] e, por apenas duas semanas de diferença, o trajeto do fenômeno errou a trajetória da [[órbita da Terra]]. Informações sobre as observações deste evento foram compartilhadas publicamente pela primeira pela [[NASA]] em 28 de abril de 2014.<ref name="NASA-20140723a" />


Vários fenômenos do clima espacial tendem a estar associados ou são causados por uma tempestade geomagnética. Isso inclui [[Evento de partícula solar|eventos de partículas energéticas solares]] (SEP), [[Corrente induzida geomagneticamente|correntes induzidas geomagneticamente]] (GIC), distúrbios ionosféricos que causam [[Cintilação interplanetária|cintilação]] de rádio e radar, interrupção da navegação por bússola magnética e exibições de auroras em latitudes muito mais baixas do que o normal.
== Características ==
=== Erupção Solar ===
{{Artigo principal|Erupção solar}}
[[Ficheiro:Magnificent_CME_Erupts_on_the_Sun_-_August_31.jpg|thumb|upright=1.5|esquerda|Em 31 de [[Ciclo solar 24|agosto de 2012]] material que estava pairando a [[coroa solar]] entra em [[Erupção solar|erupção]] em direção ao [[espaço sideral]] e forma uma longa [[proeminência solar]].]]
As erupções solares são explosões na superfície do Sol causadas por mudanças repentinas no seu [[campo magnético]]. A atividade na superfície solar pode causar altos níveis de [[radiação]] no espaço sideral. Esta radiação pode vir como [[partícula]]s{{quais}} (plasma) ou [[radiação eletromagnética]] ([[luz]]).


A maior tempestade geomagnética registrada, o [[Evento Carrington]] em setembro de 1859, derrubou partes da recém-criada rede telegráfica dos [[Estados Unidos]], iniciando incêndios e eletrocutando operadores de [[telégrafo]].<ref>{{citar web |último1=Choi |primeiro1=Charles |título=What if the Carrington Event, the largest solar storm ever recorded, happened today? |url=https://www.livescience.com/carrington-event |website=LiveScience |data=5 de setembro de 2022 |publicado=Future US |acessodata=26 de fevereiro de 2023}}</ref> Uma [[tempestade geomagnética de março de 1989]], [[Corrente induzida geomagneticamente|energizou correntes terrestres]] induzidas que interromperam a distribuição de [[energia elétrica]] na maior parte de [[Quebec]], [[Canadá]]<ref name="cbc.ca">{{citar jornal |título=Scientists probe northern lights from all angles |url=http://www.cbc.ca/health/story/2005/10/22/northern_lights_051022.html |publicado=[[Canadian Broadcasting Company|CBC]] |data=22 de outubro de 2005 }}</ref> e causaram [[Aurora polar|auroras]] até o sul do [[Texas]], Estados Unidos.<ref name="Earth dodges magnetic storm">{{citar revista |título=Earth dodges magnetic storm |url=https://www.newscientist.com/article/mg12216702.200-earth-dodges-magnetic-storm-.html |revista=[[New Scientist]] |data=24 de junho de 1989 }}</ref>
O Sol libera porções de energia eletromagnética quando uma gigantesca quantidade de energia armazenada em campos magnéticos, acima das manchas solares, explode, produzindo um forte pulso de radiação que abrange [[espectro eletromagnético]], desde as [[Onda de rádio|ondas de rádio]] até os [[raios X]] e [[raios gama]].


{{Heliofísica}}
Os [[gases]] emergem da [[superfície]] e são lançados na coroa solar, onde atingem temperaturas de mais de 1,5 milhões de [[graus Celsius]], formando [[arcos]] chamados ''anéis coronais'', enormes bolhas de gases ionizados com até 10 bilhões de toneladas. Depois, esfriam e voltam a se chocar com o Sol a uma velocidade próxima a 100 quilômetros por segundo.


== Definição ==
As ejeções de massa coronal, que são partículas de altas energias, lançadas no espaço interplanetário podem transportar 10 bilhões de toneladas de [[gás]] eletrizado e superam a velocidades de um milhão de quilômetros por hora. Quando atingem a Terra, a magnetosfera do planeta desvia a maior parte da radiação, mas uma parte pode chegar à [[atmosfera]] superior, causando as tempestades geomagnéticas.
Uma tempestade geomagnética é definida<ref name="gonzalez">Gonzalez, W. D., J. A. Joselyn, Y. Kamide, H. W. Kroehl, G. Rostoker, B. T. Tsurutani, and V. M. Vasyliunas (1994), What is a Geomagnetic Storm?, J. Geophys. Res., 99(A4), 5771–5792.</ref> por mudanças no índice [[Índice de tempo de tempestade de perturbação|Dst]]<ref>http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dstdir/dst2/onDstindex.html Sugiura, M., and T. Kamei, Equatorial Dst index 1957–1986, IAGA Bulletin, 40, edited by A. Berthelier and M. Menville, ISGI Publ. Off., Saint. Maur-des-Fosses, France, 1991.</ref> (perturbação – tempo de tempestade). O índice Dst estima a mudança média global do componente horizontal do [[campo magnético da Terra]] no [[equador magnético]] com base em medições de algumas estações de magnetômetro. Dst é calculado uma vez por hora e relatado quase em tempo real.<ref>http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/wdc/Sec3.html World Data Center for Geomagnetism, Kyoto</ref> Durante os períodos de silêncio, Dst está entre +20 e −20 nano-[[Tesla (unidade)|Tesla]] (nT).
As erupções solares são classificadas de acordo com o seu brilho em raios X no intervalo de comprimento de onda que vai de 1 [[angstrom]] a 8 angstroms.


Uma tempestade geomagnética tem três fases: inicial, principal e de recuperação. A fase inicial é caracterizada por Dst (ou seu componente de um minuto SYM-H) aumentando de 20 a 50 nT em dezenas de minutos. A fase inicial também é conhecida como início súbito de tempestade (SSC). No entanto, nem todas as tempestades geomagnéticas têm uma fase inicial e nem todos os aumentos repentinos em Dst ou SYM-H são seguidos por uma tempestade geomagnética. A fase principal de uma tempestade geomagnética é definida por Dst diminuindo para menos de −50 nT. A seleção de −50 nT para definir uma tempestade é um tanto arbitrária. O valor mínimo durante uma tempestade será entre −50 e aproximadamente −600 nT. A duração da fase principal é tipicamente de 2 a 8 horas. A fase de recuperação é quando Dst muda de seu valor mínimo para seu valor de tempo de silêncio. A fase de recuperação pode durar apenas 8 horas ou até 7 dias.<ref name="gonzalez" />
Existem três categorias de "erupções":


[[Imagem:Aurora borealis2, Churchill, MB.JPG|thumb|[[Aurora boreal]]]]
*'''Erupções classe X:''' são importantes e grandes erupções que podem desencadear a suspensão de diversas atividades eletromagnéticas, suspender as transmissões das [[Radiodifusão|estações de rádio]] em todo o [[planeta]] e produzir tempestades de radiação de longa duração;
*'''Erupções classe M:''' são erupções de média intensidade que afetam as regiões dos [[pólos]] e rápidos bloqueios nas emissões radiofônicas;
*'''Erupções classe C:''' são pequenas erupções e não afetam o planeta.


O tamanho de uma tempestade geomagnética é classificado como moderado (−50 nT > mínimo de Dst > −100 nT), intenso (−100 nT > mínimo Dst > −250 nT) ou supertempestade (mínimo de Dst < −250 nT).<ref>{{citar periódico|último1=Cander|primeiro1=L. R.|último2=Mihajlovic|primeiro2=S. J.|data=1998-01-01|título=Forecasting ionospheric structure during the great geomagnetic storms|periódico=Journal of Geophysical Research: Space Physics|língua=en|volume=103|número=A1|páginas=391–398|doi=10.1029/97JA02418|issn=2156-2202|bibcode = 1998JGR...103..391C |doi-access=free}}</ref>
=== Ciclo solar ===
{{Artigo principal|Ciclo solar}}
Em ciclos que duram em média 11 anos, o Sol passa por períodos de diminuição e aumento de suas atividades.
Na superfície do Sol ou [[fotosfera]], onde a temperatura superficial é de aproximadamente 6 mil graus Celsius, é onde são observados os fenômenos. Nos períodos de aumento da atividade, as explosões de plasma na superfície do Sol podem levantar uma [[nuvem]] de partículas treze vezes maior que a Terra e lançar uma bolha para o [[Sistema Solar]] a mais de 1,6 milhão&nbsp;[[quilómetro por hora|km/h]]. O fenômeno conhecido como vento solar, arrasta gases evaporados dos planetas, [[poeira]] meteórica e [[raios cósmicos]] de origem galáctica. Quando interage com o campo magnético da Terra, provoca as tempestades geomagnéticas.


== Medindo a intensidade ==
===Manchas solares===
A intensidade da tempestade geomagnética é relatada de várias maneiras diferentes, incluindo:
{{Artigo principal|Mancha solar}}
[[Imagem:Sun920607.jpg|thumb|Manchas solares]]
Logo após a invenção do telescópio, [[Galileu Galilei]] fez suas primeiras observações de manchas solares em [[1611]]. Entre 1645 e 1715 poucas manchas solares foram observadas na superfície do Sol e em memória ao astrônomo que as estudou é chamado de ''Mínimo de Maunder''. No máximo, podem existir centenas de manchas em qualquer dia.


* [[Índice-K]]
Por volta de 1843, o astrônomo amador Samuel Heinrich Schwabe descobriu que os números de manchas solares seguiam um ciclo de aproximadamente 11 anos, alterando entre máximos e mínimos. Descobriu-se então, que havia uma relação entre o número de manchas e erupções solares. Quanto maior o número de manchas, maior o número de erupções no Sol. Em geral as manchas solares se desenvolvem em pares e algumas manchas já observadas cobriam uma área maior que a do planeta [[Júpiter (planeta)|Júpiter]].
* [[Índice-A]]
* A escala G usada pela [[Administração Oceânica e Atmosférica Nacional]] dos [[Estados Unidos]], que classifica a tempestade de G1 a G5 (ou seja, G1, G2, G3, G4, G5 em ordem), onde G1 é a classificação de tempestade mais fraca (correspondente a um valor Kp de 5), e G5 é o mais forte (correspondente a um valor de Kp de 9).<ref>{{citar web |url=https://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation |título=NOAA Space Weather Scales |acessodata=31 de maio de 2021}}</ref>


== História da teoria ==
As zonas mais frias do Sol, denominadas de manchas solares, são intensos campos magnéticos que atraem e acumulam uma camada de plasma que impede a saída de [[prótons]] e [[elétrons]] emitidos, quando a pressão rompe a bolha formada ocorre a erupção solar. Estas regiões escuras na superfície do Sol, aproximadamente {{Fmtn|1500}}&nbsp;°C mais frias, não surgem aleatoriamente em qualquer ponto. Primeiro aparecem nas latitudes médias do Sol, acima e abaixo do [[equador]], e vão se expandindo, com o aumento da atividade solar, em direção ao equador.
Em 1931, [S[ydney Chapman] ]e Vincenzo C. A. Ferraro escreveram um artigo, ''A New Theory of Magnetic Storms'' (Uma Nova Teoria das Tempestades Magnéticas), que buscava explicar o fenômeno.<ref>{{citar periódico|autor1=S. Chapman|autor2=V. C. A. Ferraro|data=1930|título=A New Theory of Magnetic Storms|periódico=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=129|número=3169|páginas=129–130|bibcode=1930Natur.126..129C|doi=10.1038/126129a0|s2cid=4102736}}</ref> Eles argumentaram que sempre que o [[Sol]] emite uma [[erupção solar]], também emite uma nuvem de plasma, agora conhecida como [[ejeção de massa coronal]]. Eles postularam que esse [[plasma]] viaja a uma velocidade tal que atinge a [[Terra]] em 113 dias, embora agora saibamos que essa jornada leva de 1 a 5 dias. Eles escreveram que a nuvem então comprime o [[campo magnético da Terra]] e, assim, aumenta esse campo na superfície da Terra.<ref>{{citar periódico|autor=V. C. A. Ferraro|data=1933|título=A New Theory of Magnetic Storms: A Critical Survey|periódico=[[The Observatory (journal)|The Observatory]]|volume=56|páginas=253–259|bibcode=1933Obs....56..253F}}</ref> O trabalho de Chapman e Ferraro baseou-se no de, entre outros, [[Kristian Birkeland]], que usou [[tubos de raios catódicos]] recentemente descobertos para mostrar que os raios eram desviados para os polos de uma esfera magnética. Ele teorizou que um fenômeno semelhante era responsável pelas [[Aurora polar|auroras]], explicando por que elas são mais frequentes nas regiões polares.


=== Vento solar ===
== Ocorrências ==
{{VT|Lista de tempestades solares}}
{{Artigo principal|Vento solar}}
A primeira observação científica dos efeitos de uma tempestade geomagnética ocorreu no início do século XIX: de maio de 1806 a junho de 1807, [[Alexander von Humboldt]] registrou o rumo de uma [[bússola magnética]] em [[Berlim]], [[Reino da Prússia]]. Em 21 de dezembro de 1806, ele notou que sua bússola havia se tornado errática durante um brilhante [[Aurora polar|evento de aurora]].<ref>{{citar web|último=Russell|primeiro=Randy| título=Geomagnetic Storms| website =Windows to the Universe|publicado=National Earth Science Teachers Association|data=29 de março de 2010| url =http://www.windows2universe.org/glossary/geomagnetic_storms.html|acessodata=4 de agosto de 2013}}</ref>
A matéria ejetada pelo Sol e que se desloca pelo espaço interplanetário é chamada de vento solar. O vento solar é formado por partículas de altas energias, atômicas e subatômicas, consistindo de elétrons, prótons e núcleos de [[Hélio]], com velocidades acima da velocidade de escape gravitacional do Sol. Quando a atividade solar não é significativa, o vento solar é uniforme e com velocidade aproximada de 400&nbsp;[[quilómetro por segundo|km/s]]. Mas quando há distúrbios solares violentos, o vento solar pode alcançar velocidades muitas vezes superiores às observadas normalmente.<ref>{{citar web|url=http://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html|título=NOAA Satellite and Information Service|acessodata=24 de julho de 2007}}</ref>


De 1 a 2 de setembro de 1859, ocorreu a maior tempestade geomagnética registrada. De 28 de agosto até 2 de setembro de 1859, numerosas [[manchas solares]] e [[erupções solares]] foram observadas no [[Sol]], com a maior erupção em 1 de setembro. Isso é conhecido como a [[tempestade solar de 1859]] ou o evento [[Richard Christopher Carrington|Carrington]]. Pode-se presumir que uma enorme [[ejeção de massa coronal]] (CME) foi lançada do Sol e atingiu a [[Terra]] em dezoito horas, uma viagem que normalmente leva de três a quatro dias. O campo horizontal foi reduzido em 1600 nT conforme registrado pelo [[Observatório Colaba]]. Estima-se que [[Índice de tempo de tempestade de perturbação|Dst]] teria sido aproximadamente −1760 nT.<ref>{{citar periódico |último1= Tsurutani |primeiro1= B. T. |último2= Gonzalez |primeiro2= W. D. |último3= Lakhina |primeiro3= G. S. |último4= Alex |primeiro4= S. |ano= 2003 | título= The extreme magnetic storm of 1–2 September 1859 | url = https://zenodo.org/record/1000695|periódico= J. Geophys. Res. | volume = 108 |número= A7|página = 1268 | doi = 10.1029/2002JA009504 | bibcode=2003JGRA..108.1268T| doi-access = free }}</ref> Fios de [[telégrafo]] nos [[Estados Unidos]] e na [[Europa]] experimentaram aumentos de tensão induzidos ([[Força eletromotriz|emf]]), em alguns casos até causando choques aos operadores de telégrafo e iniciando incêndios. As auroras foram observadas no extremo sul do [[Havaí]], [[México]], [[Cuba]] e [[Itália]], fenômenos que geralmente são visíveis apenas nas regiões polares. [[Núcleos de gelo]] mostram evidências de que eventos de intensidade semelhante se repetem a uma taxa média de aproximadamente uma vez a cada 500 anos.
== Nosso escudo protetor ==
=== Campo magnético da Terra ===
{{Artigo principal|Magnetosfera}}
[[Imagem:Structure of the magnetosphere-pt.svg|thumb|Representação esquemática da interação do vento solar com a magnetosfera da Terra.]]
A Terra recebe radiação de diferentes energias e origens do espaço sideral, mas sua superfície está razoavelmente protegida por diversas camadas da atmosfera. A magnetosfera funciona como um escudo protetor de plasma, onde partículas carregadas são controladas pelo campo magnético que desvia a maior parte das partículas energéticas que chegam ao planeta. Um fluxo de radiação eletromagnética emitida pelo Sol chega à Terra constantemente e sofre influência do campo geomagnético e da atmosfera terrestre, que impedem que o planeta seja atingido diretamente e fazendo com que o vento solar flua em torno do campo.


Desde 1859, ocorreram tempestades menos severas, notadamente a [[Tempestade geomagnética de 1882|aurora de 17 de novembro de 1882]] e a [[Tempestade geomagnética de 1921|tempestade geomagnética de maio de 1921]], ambas com interrupção do serviço telegráfico e início de incêndios, e 1960, quando foi relatada a interrupção generalizada do rádio.<ref name="Odenwald">{{citar periódico |título=Bracing the Satellite Infrastructure for a Solar Superstorm |periódico=Sci. Am. |url=http://www.sciam.com/article.cfm?id=bracing-for-a-solar-superstorm |arquivourl=https://web.archive.org/web/20081117113249/http://www.sciam.com/article.cfm?id=bracing-for-a-solar-superstorm |urlmorta=sim |arquivodata=2008-11-17 }}</ref>
Mas a magnetosfera pode sofrer perturbações quando o Sol apresenta um número grande de erupções, e nuvens de partículas solares de alta velocidade atingem o planeta. A radiação transborda a magnetosfera e [[ionização|ioniza]] outras regiões da atmosfera, trazendo diversas consequências eletromagnéticas e climáticas.


[[Imagem:ExtremeEvent 19890310-00h 19890315-24h.jpg|thumb|upright=1.85|GOES-7 monitora as condições do [[clima espacial]] durante a [[Tempestade geomagnética de 1989|Grande Tempestade Geomagnética de março de 1989]], o monitor de [[nêutrons]] de [[Moscou]], [[Rússia]] registrou a passagem de uma [[Ejeção de massa coronal|CME]] como uma queda nos níveis conhecida como [[redução de Forbush]].<ref>{{citar web | título=Extreme Space Weather Events |publicado=[[National Geophysical Data Center]] | url=http://sxi.ngdc.noaa.gov/sxi_greatest.html}}</ref>]]
== Consequências ==
A radiação solar pode chegar à Terra em uma ou duas horas após uma grande erupção solar, em seguida as "nuvens de partículas" de alta energia atingem o planeta durante alguns dias. Alguns dias depois são as partículas de média e baixa energia que conseguem penetrar em maior número a magnetosfera, provocando uma tempestade geomagnética. Nestas ocasiões as radiações atingem a baixa atmosfera, criando cargas elétricas isoladas que são descarregadas, causando interferências eletromagnéticas.


No [[Tempestades solares de 1972|início de agosto de 1972]], uma série de erupções e [[tempestades solares]] atinge o pico com uma erupção estimada em torno de X20, produzindo o trânsito CME mais rápido já registrado e uma forte tempestade geomagnética e de [[prótons]] que interrompeu as redes elétricas e de comunicações terrestres, bem como satélites (pelo menos um feito permanentemente inoperante) e detonou espontaneamente numerosas [[minas marítimas]] de influência magnética da [[Marinha dos Estados Unidos]] no [[Vietnã do Norte]].<ref>{{citar periódico |último= Knipp |primeiro= Delores J. |autor2= B. J. Fraser |autor3= M. A. Shea |autorlink3=Margaret Shea (scientist)|autor4= D. F. Smart |título= On the Little‐Known Consequences of the 4 August 1972 Ultra‐Fast Coronal Mass Ejecta: Facts, Commentary and Call to Action |periódico= Space Weather |volume = 16 |número= 11|páginas = 1635–1643|data= 2018 |doi = 10.1029/2018SW002024 |doi-access = free |bibcode = 2018SpWea..16.1635K }}</ref>
=== Elétricas ===
As intensidades das tempestades geomagnéticas, desde fracas até muito fortes, podem causar diferentes danos elétricos, principalmente nas latitudes altas, onde se concentram seus efeitos. O fluxo magnético vindo do Sol pode provocar fortes ondas de descarga elétrica nos cabos de transmissão de força, causando: curtos-circuitos, queima de equipamentos, panes em sistemas elétricos e redes de distribuição de energia, prejudicando circuitos integrados, [[computador]]es de bordo, [[Satélite artificial|satélites]], [[foguete]]s, etc. Em caso extremo podem causar blecautes nos sistemas de transmissão e nos transformadores de energia elétrica das [[cidade]]s, com muitos prejuízos para [[indústria]]s, [[residência]]s, hospitais e empresas. Em 1989 uma tempestade impediu o funcionamento de [[usinas nucleares]] nos [[EUA]], isso pode deixar grandes regiões sem energia elétrica por semanas. Também pode haver indução de tensão ao longo de condutores ao nível de aterramento, afetando linhas de dutos de gás e [[petróleo]].


A [[Tempestade geomagnética de 1989|tempestade geomagnética de março de 1989]] causou o colapso da rede elétrica [[Hydro-Québec]] em segundos, quando os relés de proteção do equipamento dispararam em uma sequência em cascata.<ref name="cbc.ca"/><ref>{{harvnb|Bolduc|2002}}</ref> 6 milhões de pessoas ficaram [[Apagão|sem energia]] por 9 horas. A tempestade causou auroras tão ao sul quanto o [[Texas]], Estados Unidos.<ref name="Earth dodges magnetic storm"/> A tempestade que causou este evento foi o resultado de uma massa coronal ejetada do Sol em 9 de março de 1989.<ref>{{citar periódico|título=Geomagnetic Storms Can Threaten Electric Power Grid |periódico=Earth in Space |volume=9 |número=7 |páginas=9–11 |data=março de 1997 |url=http://www.agu.org/sci_soc/eiskappenman.html |urlmorta=sim |arquivourl=https://web.archive.org/web/20080611174103/http://www.agu.org/sci_soc/eiskappenman.html |arquivodata=2008-06-11 }}</ref> O Dst mínimo foi de −589 nT.
=== Telecomunicações ===
==== Satélites artificiais ====
[[Ficheiro:Robot Arm Over Earth with Sunburst - GPN-2000-001097.jpg|thumb|Sol visto da [[Estação Espacial Internacional]]]]
A radiação de uma tempestade geomagnética afeta os equipamentos eletrônicos dos satélites, prejudicando as comunicações. Os sistemas, cada vez mais, miniaturizados se tornam mais vulneráveis e [[microchip]]s danificados podem mudar comandos de [[software]]s nos computadores de bordo. Em uma tempestade geomagnética as camadas superiores da atmosfera se aquecem e se expandem, e podem mudar a altura, retardar ou modificar a [[órbita]] dos satélites que podem ser danificados ou perdidos com o decaimento de suas [[órbita]]s. Esse foi um dos motivos da queda do laboratório de estudos norte-americano [[Skylab]], em 1979. Os satélites que passam pela [[América do Sul]] estão mais suscetíveis a problemas pela anomalia magnética do [[Atlântico Sul]], que permite que as partículas energéticas emitidas entrem com mais facilidade na região. Os sistemas de comunicação como [[TV]] a cabo e aparelhos [[celular]]es, que operaram por sinais de satélites, pode sofrer interferências. Nas tempestades geomagnéticas a ionosfera se altera, devido as correntes e as partículas de energia, afetando negativamente as comunicações e [[Radionavegação|rádio navegação]]. Algumas interferências causadas pelas ondas geradas agem como ruído nas freqüências e pode ser observada na tela da TV ou nas transmissões de rádio, isso degrada os sinais utilizados pelo [[GPS]] e outros sistemas de navegação, que perdem o sinal e tem sua precisão comprometida.


Em 14 de julho de 2000, uma erupção da classe X5 (conhecida como o [[Tempestade solar do Dia da Bastilha|evento do Dia da Bastilha]]) e uma massa coronal foi lançada diretamente na Terra. Uma supertempestade geomagnética ocorreu de 15 a 17 de julho; o mínimo do índice Dst foi −301 nT. Apesar da força da tempestade, nenhuma falha na distribuição de energia foi relatada.<ref>High-voltage power grid disturbances during geomagnetic storms Stauning, P., Proceedings of the Second Solar Cycle and Space Weather Euroconference, 24–29 September 2001, Vico Equense, Italy. Editor: Huguette Sawaya-Lacoste. ESA SP-477, Noordwijk: ESA Publications Division, {{ISBN|92-9092-749-6}}, 2002, p. 521–524</ref> O evento do [[Dia da Bastilha]] foi observado pelas ''[[Voyager 1]]'' e ''[[Voyager 2]]'',<ref>{{citar periódico |último1= Webber |primeiro1= W. R. |último2= McDonald |primeiro2= F. B. |último3= Lockwood |primeiro3= J. A. |último4= Heikkila |primeiro4= B. |ano= 2002 | título= The effect of the July 14, 2000 "Bastille Day" solar flare event on >70 MeV galactic cosmic rays observed at V1 and V2 in the distant heliosphere |periódico= Geophys. Res. Lett. | volume = 29 |número= 10|páginas = 1377–1380 | doi = 10.1029/2002GL014729 | bibcode=2002GeoRL..29.1377W| doi-access = free }}</ref> portanto, é o ponto mais distante do [[Sistema Solar]] em que uma tempestade solar foi observada.
As linhas de [[telégrafo]] também já foram afetadas por tempestades geomagnéticas no passado.


17 grandes erupções irromperam no Sol entre 19 de outubro e 5 de novembro de 2003, incluindo talvez a erupção mais intensa já medida pelo sensor [[Geostationary Operational Environmental Satellite|GOES]] XRS, uma enorme erupção X28,<ref>{{citar periódico |último1= Thomson |primeiro1= N. R. |último2= Rodger |primeiro2= C. J. |último3= Dowden |primeiro3= R. L. |ano= 2004 | título= Ionosphere gives size of greatest solar flare |periódico= Geophys. Res. Lett. | volume = 31 |número= 6|página = L06803 | doi = 10.1029/2003GL019345 | bibcode = 2004GeoRL..31.6803T | doi-access = free }}</ref> resultando em um blecaute extremo de rádio, em 4 de novembro. Essas erupções foram associadas a eventos CME que causaram três tempestades geomagnéticas entre 29 de outubro e 2 de novembro, durante as quais a segunda e a terceira tempestades foram iniciadas antes que o período anterior tivesse se recuperado totalmente. Os valores mínimos de Dst foram −151, −353 e −383 nT. Outra tempestade nesta sequência ocorreu de 4 a 5 de novembro com um Dst mínimo de −69 nT. A última tempestade geomagnética foi mais fraca do que as tempestades anteriores, porque a [[região ativa]] do Sol girou além do meridiano onde a porção central CME criada durante o evento de erupção passou para o lado da Terra. Toda a sequência ficou conhecida como a [[Tempestade solar de 2003|Tempestade Solar do Dia das Bruxas]].<ref>{{citar web |url=http://www.swpc.noaa.gov/Services/HalloweenStorms_assessment.pdf |título=Archived copy |acessodata=2011-05-17 |urlmorta=sim |arquivourl=https://web.archive.org/web/20110728172705/http://www.swpc.noaa.gov/Services/HalloweenStorms_assessment.pdf |arquivodata=2011-07-28 }} Halloween Space Weather Storms of 2003, NOAA Technical Memorandum OAR SEC-88, Space Environment Center, Boulder, Colorado, June 2004</ref> O [[Wide Area Augmentation System]] (WAAS) operado pela [[Administração Federal de Aviação|Federal Aviation Administration]] (FAA) ficou offline por aproximadamente 30 horas devido à tempestade.<ref name="nas2008">http://www.nap.edu/catalog/12507.html ''Severe Space Weather Events - Understanding Societal and Economic Impacts – Workshop Report, ''National Research Council of the National Academies, The National Academies Press, Washington, D. C., 2008</ref> O satélite japonês ADEOS-2 foi severamente danificado e a operação de muitos outros satélites foi interrompida devido à tempestade.<ref>http://www.oecd.org/dataoecd/57/25/46891645.pdf 'Geomagnetic Storms' CENTRA Technology, Inc. report (14 January 2011) prepared for the Office of Risk Management and Analysis, United States Department of Homeland Security</ref>
==== Rádio ====
Na camada chamada ionosfera, que está entre 50&nbsp;km e 500&nbsp;km de altitude, o gás rarefeito da atmosfera terrestre é ionizado pela [[luz]] do Sol. Graças à ionosfera as ondas de rádio são refletidas, principalmente as chamadas “[[ondas curtas]]”, e podem circular ao redor da Terra, mesmo sem a ajuda de satélites.


== Interações com processos planetários ==
A propagação das ondas de rádio na ionosfera é afetada por um grande número de fatores físicos: raios cósmicos, partículas atômicas, [[radiação solar]] e outros.
[[Imagem:magnetopause.svg|thumb|upright=1.75|[[Magnetosfera]] no ambiente espacial próximo da [[Terra]]]]
O [[vento solar]] também carrega consigo o [[campo magnético]] do [[Sol]]. Este campo terá uma orientação Norte ou Sul. Se o vento solar tiver rajadas energéticas, contraindo e expandindo a [[magnetosfera]], ou se o vento solar assumir uma polarização para o sul, podem ser esperadas tempestades geomagnéticas. O campo para o sul causa a [[reconexão magnética]] da magnetopausa diurna, injetando rapidamente energia magnética e de partículas na magnetosfera da [[Terra]].


Durante uma tempestade geomagnética, a [[Região F|camada F<sub>2</sub>]] da [[ionosfera]] torna-se instável, fragmenta-se e pode até desaparecer. Nas regiões dos polos norte e sul da Terra, as [[Aurora polar|auroras]] são observáveis.
Durante períodos de grande atividade solar, a intensidade dos raios X que ionizam a atmosfera pode aumentar rapidamente, ionizando uma quantidade anormal de [[átomos]] e criando uma barreira aonde os sinais de rádio vindo de fora não entram e sinais originados na Terra não saem. Em períodos de máxima atividade solar, várias interrupções nas transmissões das ondas curtas, que podem ir de vários minutos a mais de uma hora, são observadas. Nesses períodos os radioastrônomos ficam também impossibilitados de receber sinais de rádio do espaço exterior, principalmente durante o dia, quando a ionosfera fica ainda mais densa.


=== Auroras ===
== Instrumentos ==
Os [[magnetômetro]]s monitoram a zona auroral, bem como a região equatorial. Dois tipos de [[radar]], dispersão coerente e dispersão incoerente, são usados para sondar a [[ionosfera]] auroral. Ao refletir sinais de irregularidades ionosféricas, que se movem com as linhas de campo, pode-se rastrear seu movimento e inferir a convecção magnetosférica.
{{Artigo principal|Aurora polar}}
[[Ficheiro:Polarlicht 2.jpg|thumb|Aurora Boreal]]
Quando as partículas eletricamente carregadas, que são expelidas pelo Sol durante uma erupção solar, chegam à Terra, a maior parte é desviada, mas quando parte consegue penetrar através da magnetosfera, chocam-se com os átomos de [[oxigênio]] e [[nitrogênio]] da atmosfera produzindo uma radiação no comprimento da onda da [[luz]] visível. Essa radiação é atraída pelo campo magnético do planeta para as regiões mais frágeis que são os pólos. Então, luzes coloridas surgem no céu causando um belo espetáculo chamado [[aurora polar|Aurora]].


Os instrumentos de [[sonda espacial]] incluem:
Durante diversas horas as auroras podem ser vistas em vários países localizados em alta latitude como [[Suécia]], [[Finlândia]], [[Noruega]], [[Escócia]] e nas regiões norte dos [[Estados Unidos]] e [[Canadá]]. Quanto maior a atividade solar, mais intensa são as auroras. Quando aparecem próximas ao [[pólo norte]] são chamadas de ''Auroras Boreais'' e quando aparecem próximas ao [[pólo sul]] são chamadas de ''Auroras Austrais''.
* Magnetômetros, geralmente do tipo porta de fluxo. Normalmente, eles ficam no final das barreiras, para mantê-los longe da interferência magnética da sonda espacial e de seus circuitos elétricos.<ref name="Magnetometry">{{citar web |último= Snare |primeiro= Robert C. | título= A History of Vector Magnetometry in Space |publicado= University of California | url = http://www-ssc.igpp.ucla.edu/personnel/russell/ESS265/History.html | acessodata = 2008-03-18 |arquivourl= https://web.archive.org/web/20120520150421/http://www-ssc.igpp.ucla.edu/personnel/russell/ESS265/History.html |arquivodata= 2012-05-20 | urlmorta = sim }}</ref>
* Sensores elétricos nas extremidades de barreiras opostas são usados para medir diferenças de potencial entre pontos separados, para derivar campos elétricos associados à convecção. O método funciona melhor em altas densidades de [[plasma]] em [[órbita baixa da Terra]]; longe da [[Terra]], são necessários longos booms, para evitar a blindagem de forças elétricas.
* As sirenes de rádio do solo podem [[Sondagem Ionosférica|refletir ondas de rádio]] de frequência variável da ionosfera e, ao cronometrar seu retorno, determinar o perfil de densidade de elétrons, até seu pico, além do qual as ondas de rádio não retornam mais. Sondadores de rádio em órbita baixa da Terra a bordo do Canadian ''[[Alouette 1]]'' (1962) e ''[[Alouette 2]]'' (1965), irradiaram ondas de rádio em direção à Terra e observaram o perfil de densidade de elétrons da "ionosfera superior". Outros métodos de sondagem de rádio também foram tentados na ionosfera (por exemplo, no [[IMAGE (satélite)|IMAGE]]).
* Os detectores de partículas incluem um [[contador Geiger]], como foi usado para as observações originais do [[Cinturão de Van Allen|cinturão de radiação de Van Allen]]. Os [[Cintilador|detectores de cintiladores]] vieram mais tarde, e ainda mais tarde os [[multiplicadores de elétrons]] "channeltron" encontraram uso particularmente amplo. Para derivar carga e composição de massa, bem como energias, uma variedade de projetos de [[espectrógrafo de massa]] foram usados. Para energias de até cerca de 50 keV (que constituem a maior parte do plasma magnetosférico), os [[Espectrometria de massa com tempo de voo|espectrômetros de tempo de voo]] (por exemplo, design "top-hat") são amplamente utilizados.


Os computadores tornaram possível reunir décadas de observações magnéticas isoladas e extrair padrões médios de correntes elétricas e respostas médias a variações interplanetárias. Eles também executam simulações da magnetosfera global e suas respostas, resolvendo as equações da [[magnetoidrodinâmica]] (MHD) em uma grade numérica. Extensões apropriadas devem ser adicionadas para cobrir a magnetosfera interna, onde desvios magnéticos e condução ionosférica precisam ser levados em consideração. Nas regiões polares, diretamente ligadas ao [[vento solar]], anomalias ionosféricas de grande escala podem ser modeladas com sucesso, mesmo durante supertempestades geomagnéticas.<ref>{{citar periódico |autor=Pokhotelov D. |numero-autores=et al. | título= Polar tongue of ionisation during geomagnetic superstorm |periódico= Ann. Geophys. |volume=39 |páginas=833–847 |ano=2021 |número=5 |doi=10.5194/angeo-39-833-2021 |bibcode=2021AnGeo..39..833P |doi-access=free }}</ref> Em escalas menores (comparáveis a um grau de latitude/longitude), os resultados são difíceis de interpretar, e certas suposições sobre a incerteza do forçamento de alta latitude são necessárias.<ref>{{citar periódico |autor=Pedatella N. |numero-autores=et al. | título= Effects of High-Latitude Forcing Uncertainty on the Low-Latitude and Midlatitude Ionosphere |periódico= J. Geophys. Res. |volume=123 |páginas=862–882 |ano=2018 |número=1 |doi=10.1002/2017JA024683 |bibcode=2018JGRA..123..862P |doi-access=free }}</ref>
Em geral essas luzes são observadas em uma altitude aproximada de 60&nbsp;km.


== Efeitos da tempestade geomagnética ==
As auroras podem apresentar forma variada como arcos, estruturas em bandas, raios, lâminas etc. Ao serem excitados pelos elétrons de alta velocidade do vento solar o espectro de radiação eletromagnética varia de [[infravermelho]] ao [[ultravioleta]].
=== Disrupção de sistemas elétricos ===
Tem sido sugerido que uma tempestade geomagnética na escala da [[tempestade solar de 1859]] hoje causaria bilhões ou até trilhões de dólares em danos a satélites, redes elétricas e comunicações de rádio, e poderia causar apagões elétricos em uma escala massiva que pode não ser reparado por semanas, meses ou mesmo anos.<ref name="nas2008"/> Esses apagões elétricos repentinos podem ameaçar a produção de alimentos.<ref name="food">{{citar periódico |último=Lassen |primeiro= B |título=Is livestock production prepared for an electrically paralysed world? |periódico=J Sci Food Agric |volume=93 |número=1 |páginas=2–4 |ano=2013 | pmid=23111940 |doi=10.1002/jsfa.5939 }}</ref>


=== Rede elétrica principal ===
O espectro visível é dominado pela luz branca e verde produzidas pelas moléculas de [[oxigênio]] excitadas e luz cor de rosa emitida pelo nitrogênio. Mas as cores também podem ser amarela, vermelha, roxa e, com menos ocorrência, azul. As tempestades geomagnéticas produzem auroras multicoloridas e quando atingem uma intensidade muito alta as luzes passam a ser avermelhadas decorrentes da excitação dos átomos de nitrogênio.
Quando os [[campos magnéticos]] se movem nas proximidades de um condutor, como um fio, uma [[corrente induzida geomagneticamente]] é produzida no condutor. Isso acontece em grande escala durante as tempestades geomagnéticas (o mesmo mecanismo também influenciou as linhas telefônicas e telégrafas antes da fibra ótica, veja acima) em todas as longas linhas de transmissão. Notavelmente, isso inclui principalmente operadoras na [[China]], [[América do Norte]] e [[Austrália]], especialmente em linhas modernas de alta tensão e baixa resistência. A rede europeia consiste principalmente em circuitos de transmissão mais curtos, menos vulneráveis a danos.<ref name="kappenman">{{citar jornal | url=https://spectrum.ieee.org/energy/the-smarter-grid/a-perfect-storm-of-planetary-proportions/0 | título=A Perfect Storm of Planetary Proportions |publicado=[[IEEE Spectrum]] |data=fevereiro de 2012 | acessodata=2012-02-13 }}</ref><ref>Natuurwetenschap & Techniek Magazine, June 2009</ref>


As correntes (quase diretas) induzidas nessas linhas por tempestades geomagnéticas são prejudiciais aos equipamentos de transmissão elétrica, especialmente [[transformador]]es, induzindo a [[Saturação (magnetismo)|saturação]] do núcleo, restringindo seu desempenho (além de acionar vários dispositivos de segurança) e causando o aquecimento de bobinas e núcleos. Em casos extremos, esse calor pode incapacitá-los ou destruí-los, induzindo até mesmo uma reação em cadeia que pode sobrecarregar os transformadores.<ref>[http://192.211.16.13/curricular/ENERGY/0708/articles/solar/SolarForecast07SkyTel.pdf Solar Forecast: Storm AHEAD] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20080911192808/http://192.211.16.13/curricular/ENERGY/0708/articles/solar/SolarForecast07SkyTel.pdf |data=2008-09-11 }}</ref><ref>[https://web.archive.org/web/20090124153337/http://science.nasa.gov/headlines/y2009/21jan_severespaceweather.htm Metatech Corporation Study]</ref> A maioria dos geradores é conectada à rede por meio de transformadores, isolando-os das correntes induzidas na rede, tornando-os muito menos suscetíveis a danos devido à corrente induzida geomagneticamente. No entanto, um transformador submetido a isso atuará como uma carga desbalanceada para o gerador, causando corrente de sequência negativa no estator e consequentemente aquecimento do rotor.
== Perigos da radiação ==
Partículas de alta energia liberadas pelas erupções solares podem ser tão prejudiciais aos seres humanos quanto a radiação das explosões nucleares. A atmosfera e a magnetosfera da Terra em geral permitem a proteção adequada dentro de seus limites, mas os [[astronauta]]s no espaço estão sujeitos a doses potencialmente letais de radiação. A penetração de partículas de alta energia em seres vivos pode causar danos aos [[cromossomos]], o [[câncer]], e muitos outros problemas de saúde e doses grandes podem ser fatais imediatamente. Os prótons solares com energias superiores a 30 ''Megaeletronvolts'' (MeV) são particularmente perigosos.
[[Imagem:MODIS ATM solar irradiance.svg|thumb|esquerda|300px|Espectro da [[Radiação solar|irradiância solar]] acima da atmosfera (azul) e à superfície terrestre (amarelo).]]


Segundo um estudo da corporação Metatech, uma tempestade com força comparável à de 1921 destruiria mais de 300 transformadores e deixaria mais de 130 milhões de pessoas sem [[energia elétrica]] nos [[Estados Unidos]], custando vários trilhões de [[Dólar dos Estados Unidos|dólares]].<ref>Severe Space Weather Events: Understanding Societal and Economic Impacts : a Workshop Report. Washington, D.C.: National Academies, 2008 [http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=12507&page=1 Web.] 15 Nov. 2011. Pages 78, 105, & 106.</ref> A extensão da interrupção é debatida, com alguns depoimentos no [[Congresso dos Estados Unidos|Congresso]] indicando uma interrupção potencialmente indefinida até que os transformadores possam ser substituídos ou consertados.<ref>Testimony of the Foundation For Resilient Societies before the Federal Energy Regulatory Commission {{citation |título=Testimony of the Foundation For Resilient Societies before the Federal Energy Regulatory Commission | url=https://www.resilientsocieties.org/uploads/5/4/0/0/54008795/resilient_societies_testimony_rm15-11-00_march_1_2016_tech_conference_final_feb_23_2016.pdf}}</ref> Essas previsões são contrariadas por um relatório da [[North American Electric Reliability Corporation]] que conclui que uma tempestade geomagnética causaria instabilidade temporária na rede, mas nenhuma destruição generalizada de transformadores de alta tensão. O relatório aponta que o amplamente citado colapso da rede da [[Hydro-Québec]] não foi causado pelo superaquecimento dos transformadores, mas pelo disparo quase simultâneo de sete relés.<ref>Effects of Geomagnetic Disturbances on the Bulk Power System. North American Electric Reliability Corporation, February 2012. {{citar web |url=https://www.frcc.com/Public%20Awareness/Lists/Announcements/Attachments/105/GMD%20Interim%20Report.pdf |título=Archived copy |acessodata=2013-01-19 |urlmorta=sim |arquivourl=https://web.archive.org/web/20150908075507/https://www.frcc.com/Public%20Awareness/Lists/Announcements/Attachments/105/GMD%20Interim%20Report.pdf |arquivodata=2015-09-08 }}</ref>
Os astronautas na Estação Espacial [[Mir]] foram expostos a doses diárias de aproximadamente duas vezes a dose que receberiam em um ano em terra, apesar do campo magnético terrestre se estender a uma distancia suficiente para protegê-los. Durante a tempestade solar no fim de 1989 absorveram a dose de radiação anual em apenas algumas horas. A [[ISS]] possui um compartimento especial, dotado de grossas paredes, onde os astronautas ficam confinados sempre que se observa alguma atividade mais forte no Sol.


Além dos transformadores serem vulneráveis aos efeitos de uma tempestade geomagnética, as empresas de eletricidade também podem ser afetadas indiretamente pela tempestade geomagnética. Por exemplo, provedores de serviços de [[internet]] podem cair durante tempestades geomagnéticas (e/ou permanecer inoperantes por muito tempo depois). As empresas de eletricidade podem ter equipamentos que requerem uma conexão de internet ativa para funcionar, portanto, durante o período em que o provedor de serviços de internet estiver inoperante, a eletricidade também pode não ser distribuída.<ref>Kijk magazine 6/2017, mentioned by Marcel Spit of Adviescentrum Bescherming Vitale Infrastructuur]</ref>
Os raios cósmicos e, principalmente, a radiação do Sol, podem causar sérias doenças aos astronautas podendo levá-los à morte, por isso a previsão do tempo espacial é critico para prever com antecedência segura as ondas de radiação que ameacem os astronautas e os equipamentos das [[espaçonaves]]. Para que astronautas viajem à [[Lua]] ou [[Marte (planeta)|Marte]], em segurança, será necessário que a espaçonave possua um compartimento totalmente blindado para que possam se proteger das radiações intensas.


Ao receber alertas e avisos de tempestades geomagnéticas (por exemplo, pelo [[Space Weather Prediction Center]]; via satélites do Clima Espacial como [[Solar and Heliospheric Observatory|SOHO]] ou [[Advanced Composition Explorer|ACE]]), as empresas de energia podem minimizar os danos aos equipamentos de transmissão de energia, desconectando transformadores momentaneamente ou induzindo apagões temporários. Também existem medidas preventivas, incluindo a prevenção da entrada de corrente induzida geomagneticamente na rede através da conexão neutro-terra.<ref name="kappenman"/>
As partículas mais perigosas são os [[íons]] - átomos que perderam um ou mais de seus elétrons. Íons de alta energia podem danificar os tecidos e quebrar as cadeias de [[ADN]], causando problemas de saúde que vão dos enjoos até a [[catarata]] e o [[câncer]].


=== Comunicações ===
Cientistas descobriram, através do observatório [[Soho]], que nuvem de íons, grande causadora de danos à satélites e seres humanos, é emitida pelo Sol junto com uma nuvem de elétrons. Felizmente a nuvem de elétrons viaja com mais velocidade no espaço do que a nuvem de íons, chegando primeiro na Terra. Com a detecção antecipada dos elétrons é possível prever a carga de íons que virá. A descoberta foi feita através de um equipamento a bordo do Soho, chamado ''COSTEP'' (''Comprehensive Suprathermal and Energetic Particle Analyzer''), que é capaz de contar as partículas que vêm do Sol e medir sua energia.
Sistemas de comunicação de [[alta frequência]] (3 a 30 MHz) usam a [[ionosfera]] para refletir sinais de rádio em longas distâncias. Tempestades ionosféricas podem afetar a comunicação de rádio em todas as latitudes. Algumas frequências são absorvidas e outras são refletidas, levando a sinais de rápida flutuação e caminhos de [[Propagação de radiofrequência|propagação]] inesperados. Estações de TV e rádio comercial são pouco afetadas pela [[atividade solar]], mas terra-ar, navio-terra, transmissão de [[ondas curtas]] e [[rádio amador]] (principalmente as bandas abaixo de 30 MHz) são frequentemente interrompidas. Os operadores de rádio que usam bandas de HF contam com alertas solares e geomagnéticos para manter seus circuitos de comunicação funcionando.


Detecção militar ou sistemas de alerta precoce operando na faixa de alta frequência também são afetados pela atividade solar. O [[radar over-the-horizon]] reflete sinais da ionosfera para monitorar o lançamento de aviões e mísseis de longas distâncias. Durante tempestades geomagnéticas, este sistema pode ser severamente prejudicado pela interferência de rádio. Além disso, alguns sistemas de detecção de submarinos usam as assinaturas magnéticas dos submarinos como uma entrada para seus esquemas de localização. As tempestades geomagnéticas podem mascarar e distorcer esses sinais.
Até passageiros de [[aviões]] sofrem algum risco. Os eventos solares também podem produzir radiações elevadas a bordo de aviões voando em grandes altitudes. Embora estes riscos sejam pequenos, eles podem receber uma dose de radiação equivalente aos raios X usados na medicina.


A [[Federal Aviation Administration]] (FAA) recebe rotineiramente alertas de rajadas de rádio solar para que possam reconhecer problemas de comunicação e evitar manutenção desnecessária. Quando um avião e uma estação terrestre estão alinhadas com o [[Sol]], altos níveis de ruído podem ocorrer nas frequências de rádio de controle aéreo. Isso também pode acontecer em comunicações via satélite [[UHF]] e [[SHF]], quando uma estação terrestre, um satélite e o Sol estão [[Interrupção do Sol|alinhados]]. A fim de evitar manutenção desnecessária nos sistemas de comunicação por satélite a bordo de aviões, o AirSatOne fornece um feed ao vivo para eventos geofísicos do [[Space Weather Prediction Center]] da [[Administração Oceânica e Atmosférica Nacional|NOAA]].<ref>[https://www.airsatone.com//gams AirSatOne’s Live Feed]</ref> Permite aos usuários visualizar tempestades espaciais observadas e previstas. Os alertas geofísicos são importantes para as tripulações de voo e pessoal de manutenção para determinar se alguma atividade futura ou histórico tem ou terá efeito nas comunicações por satélite, navegação GPS e comunicações HF.
A monitoração dos eventos solares permite que a exposição ocasional seja monitorada e avaliada, e eventualmente que a trajetória e a altitude dos voos sejam ajustadas, a fim de baixar a dose absorvida pelos passageiros.


As linhas telegráficas no passado foram afetadas por tempestades geomagnéticas. Os [[telégrafo]]s usavam um único fio longo para a linha de dados, estendendo-se por muitos quilômetros, usando o solo como fio de retorno e alimentado com energia de [[corrente contínua]] de uma bateria; isso os tornou (juntamente com as linhas de energia mencionadas abaixo) suscetíveis a serem influenciados pelas flutuações causadas pela [[corrente de anel]]. A tensão/corrente induzida pela tempestade geomagnética pode ter diminuído o sinal, quando subtraída da polaridade da bateria, ou para sinais excessivamente fortes e espúrios quando adicionada a ela; alguns operadores aprenderam a desconectar a bateria e confiar na corrente induzida como fonte de energia. Em casos extremos, a corrente induzida era tão alta que as bobinas do lado receptor explodiam em chamas ou os operadores recebiam choques elétricos. As tempestades geomagnéticas também afetam as linhas telefônicas de longa distância, incluindo cabos submarinos, a menos que sejam de [[fibra ótica]].<ref>[http://image.gsfc.nasa.gov/poetry/storm/storms.html image.gsfc.nasa.gov] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20050911073432/http://image.gsfc.nasa.gov/poetry/storm/storms.html |data=2005-09-11 }}</ref>
Existem evidências de que mudanças no campo geomagnético afetem sistemas biológicos. Estudos indicam que o sistema biológico humano pode ser suscetível às flutuações no campo geomagnético. Outro efeito observado foi a dificuldade de orientação dos [[pombo]]s correio durante tempestades geomagnéticas. Os pombos e outros animais migratórios, tais como [[golfinho]]s e [[baleia]]s, possuem bússolas biológicas internas compostas de [[magnetita]].


Danos aos satélites de comunicação podem interromper ligações não terrestres de telefone, televisão, rádio e internet.<ref>{{citar jornal|título=Solar Storms Could Be Earth's Next Katrina|jornal= NPR.org|url=https://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=124125001|acessodata=2010-03-04}}</ref> A [[Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos]] informou em 2008 sobre possíveis cenários de interrupção generalizada no pico solar de 2012-2013.<ref>{{citar livro |título=Severe Space Weather Events—Understanding Societal and Economic Impacts: Workshop Report |publicado=National Academies Press |local=Washington, D.C |data=2008 |doi=10.17226/12507 |isbn=978-0-309-12769-1 |url=http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=12507#toc}}</ref> Uma supertempestade solar pode causar interrupções globais em larga escala de internet que duram meses. Um estudo descreve possíveis medidas de mitigação e exceções, como malha de redes alimentadas pelo usuário, aplicativos [[peer-to-peer]] relacionados e novos protocolos, e analisa a robustez da atual infraestrutura da internet.<ref>{{citar jornal |título=Computer scientist warns global internet is not prepared for a large solar storm |url=https://techxplore.com/news/2021-08-scientist-global-internet-large-solar.html |acessodata=22 de setembro de 2021 |publicado=techxplore.com |língua=en}}</ref><ref>{{citar jornal |título=A Bad Solar Storm Could Cause an 'Internet Apocalypse' |url=https://www.wired.com/story/solar-storm-internet-apocalypse-undersea-cables/ |acessodata=22 de setembro de 2021 |revista=Wired}}</ref><ref>{{citar periódico |último1=Jyothi |primeiro1=Sangeetha Abdu |título=Solar superstorms: planning for an internet apocalypse |periódico=Proceedings of the 2021 ACM SIGCOMM 2021 Conference |data=9 de agosto de 2021 |páginas=692–704 |doi=10.1145/3452296.3472916 |publicado=Association for Computing Machinery|doi-access=free }}</ref>
== A importância da monitoração ==
[[File:Solar Storm on August 1, 2010.OGG|thumb|upright=1.6|Um vídeo de várias [[Ejeção de massa coronal|ejeções de massa coronal]] em [[Ciclo solar 24|agosto de 2010]].]]
Existem vários equipamentos para medir as variações do campo geomagnético, instalados tanto na Terra como no espaço. A monitoração e as transmissões de alertas geofísicos são muito importantes para que providências possam ser tomadas com antecedência contra os efeitos nocivos das tempestades geomagnéticas. Um aviso antecipado de uma iminente tempestade geomagnética permite que as distribuidoras de energia elétrica, por exemplo, evitem danos em suas redes e que satélites, [[naves espaciais]] e [[astronauta]]s possam ser protegidos. [[Magnetômetro]]s são práticos e versáteis instrumentos de medidas de campos magnéticos. Estes aparelhos são aptos em medir campos magnéticos de intensidade mínima e monitorar suas variações.


=== Sistemas de navegação ===
Sensores na Terra e no espaço observam continuamente porções especificas do espectro de energia do Sol para monitorar os seus níveis e indicações de eventos significativos. Uma importante ferramenta de monitoração é o satélite Soho, que atua na posição intermediária entre a Terra e o Sol e detecta as explosões na superfície solar, avisando com antecedência a chegada de tempestades radioativas à Terra.<ref>{{citar web|url=http://sohowww.nascom.nasa.gov|título=Soho - Solar and Heliospheric Observatory|acessodata=24 de julho de 2007}}</ref>
O [[Sistema de navegação por satélite|Sistema Global de Navegação por Satélite]] (GNSS) e outros sistemas de navegação, como o [[LORAN]] e o agora extinto [[Omega (radionavegação)|OMEGA]], são afetados adversamente quando a [[atividade solar]] interrompe a propagação do sinal. O sistema OMEGA consistia em 8 transmissores localizados em todo o mundo. Aviões e navios usavam os sinais de frequência muito baixa desses transmissores para determinar suas posições. Durante eventos solares e tempestades geomagnéticas, o sistema fornecia aos navegadores informações imprecisas de até vários quilômetros. Se os navegadores tivessem sido alertados de que um evento de [[prótons]] ou tempestade geomagnética estava em andamento, eles poderiam ter mudado para um sistema de backup.

Os sinais GNSS são afetados quando a atividade solar causa variações repentinas na densidade da [[ionosfera]], fazendo com que os sinais do satélite [[Cintilação (astronomia)|cintilem]] (como uma estrela cintilante). A cintilação de sinais de satélite durante distúrbios ionosféricos é estudada no [[High Frequency Active Auroral Research Program|HAARP]] durante experimentos de modificação ionosférica. Também foi estudado no [[Observatório de Rádio Jicamarca]].

Uma tecnologia usada para permitir que os receptores [[GPS]] continuem a operar na presença de alguns sinais confusos é o [[Monitoramento de Integridade Autônoma do Receptor]] (RAIM). No entanto, o RAIM é baseado na suposição de que a maioria da constelação GPS está operando corretamente e, portanto, é muito menos útil quando toda a constelação é perturbada por influências globais, como tempestades geomagnéticas. Mesmo que o RAIM detecte uma perda de integridade nesses casos, pode não ser capaz de fornecer um sinal útil e confiável.

=== Danos ao hardware de satélites ===
As tempestades geomagnéticas e o aumento da emissão [[ultravioleta]] solar aquecem a [[atmosfera]] superior da [[Terra]], fazendo com que ela se expanda. O ar aquecido sobe e a densidade na [[órbita]] dos [[Satélite artificial|satélites]] até cerca de 1.000 km aumenta significativamente. Isso resulta em maior arrasto, fazendo com que os satélites desacelerem e mudem ligeiramente de órbita. Os satélites de [[órbita baixa da Terra]] que não são impulsionados repetidamente para órbitas mais altas caem lentamente e eventualmente queimam. A destruição do [[Skylab]] em 1979 é um exemplo de uma espaçonave [[Entrada atmosférica|reentrando]] prematuramente na [[atmosfera da Terra]] como resultado de uma [[atividade solar]] maior do que o esperado.<ref>{{citar livro|último1=Benson|primeiro1=Charles Dunlap|primeiro2=William David|último2=Compton|name-list-style=amp |ano=1983 |url=https://history.nasa.gov/SP-4208/contents.htm|título=Living and Working in Space: A History of Skylab |publicado=NASA Scientific and Technical Information Office|id=SP-4208|oclc=8114293}}</ref> Durante a grande tempestade geomagnética de março de 1989, quatro dos satélites de navegação da [[Marinha dos Estados Unidos]] tiveram que ser retirados de serviço por até uma semana, o [[Comando de Operações Espaciais dos Estados Unidos]] teve que postar novos [[elementos orbitais]] para mais de 1.000 objetos afetados e o satélite [[Solar Maximum Mission]] caiu de órbita em dezembro do mesmo ano.<ref>[ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/Publications/March1989Events/EffectsoftheMarch1989SolarActivity-Allen%20et%20al%20-%201989.pdf "Effects of the March 1989 Solar Activity"], by Allen, Frank, Sauer, Reiff, in ''Eos'', November 14, 1989 p. 1488</ref>

A vulnerabilidade dos satélites também depende de sua posição. A [[Anomalia do Atlântico Sul]] é um lugar perigoso para a passagem de um satélite, devido ao campo geomagnético excepcionalmente fraco na [[órbita baixa da Terra]].<ref name=NYT>{{citar jornal |url=https://www.nytimes.com/1990/06/05/science/dip-on-earth-is-big-trouble-in-space.html |título='Dip' on Earth is Big Trouble in Space |publicado=[[The New York Times]] |último=Broad |primeiro=William J. |data=5 de junho de 1990 |acessodata=31 de dezembro de 2009}}</ref>

=== Transportes tubulares ===
Campos geomagnéticos de rápida flutuação podem produzir [[Corrente induzida geomagneticamente|correntes induzidas geomagneticamente]] em [[transportes tubulares]]. Isso pode causar vários problemas para os engenheiros de dutos. Os medidores de fluxo de dutos podem transmitir informações de fluxo errôneas e a taxa de [[corrosão]] do duto pode aumentar drasticamente.<ref>{{citar periódico |último1= Gummow |primeiro1= R |título= GIC effects on pipeline corrosion and corrosion control systems |periódico= Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics |volume = 64 |página = 1755 |data= 2002 |doi = 10.1016/S1364-6826(02)00125-6|bibcode = 2002JASTP..64.1755G |último2= Eng |primeiro2= P |número= 16 }}</ref><ref>{{citar periódico |último1=Osella |primeiro1=A |último2=Favetto |primeiro2=A |último3=López |primeiro3=E |título=Currents induced by geomagnetic storms on buried pipelines as a cause of corrosion |periódico=Journal of Applied Geophysics |volume =38 |página =219 |data=1998 |doi =10.1016/S0926-9851(97)00019-0|bibcode = 1998JAG....38..219O |número=3 }}</ref>

=== Perigos da radiação para os seres humanos ===
A [[atmosfera]] e a [[magnetosfera]] da [[Terra]] permitem proteção adequada ao nível do solo, mas os [[astronauta]]s estão sujeitos a [[Síndrome aguda da radiação|envenenamento por radiação]] potencialmente letal. A penetração de partículas de alta energia nas células vivas pode causar danos aos [[cromossomos]], [[câncer]] e outros problemas de saúde. Grandes doses podem ser imediatamente fatais. [[Prótons]] solares com energias superiores a 30 [[MeV]] são particularmente perigosos.<ref>{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=tjacAgAAQBAJ&pg=PA9|título=Radiation and the International Space Station: Recommendations to Reduce Risk|último1=Council|primeiro1=National Research|último2=Sciences|primeiro2=Division on Engineering and Physical|último3=Board|primeiro3=Space Studies|último4=Applications|primeiro4=Commission on Physical Sciences, Mathematics, and|último5=Research|primeiro5=Committee on Solar and Space Physics and Committee on Solar-Terrestrial|data=2000|publicado=National Academies Press|isbn=978-0-309-06885-7|página=9}}</ref>

[[Evento de partículas solares|Eventos de prótons solares]] também podem produzir radiação elevada a bordo de aviões voando em grandes altitudes. Embora esses riscos sejam pequenos, as [[tripulações de voo]] podem ser expostas repetidamente, e o monitoramento de eventos de prótons solares por instrumentação de satélite permite que a exposição seja monitorada e avaliada e, eventualmente, rotas de voo e altitudes sejam ajustadas para diminuir a dose absorvida.<ref>{{citar web|url=http://cordis.europa.eu/documents/documentlibrary/75331981EN6.pdf|título=Evaluation of the Cosmic Ray Exposure of Aircraft Crew}}</ref><ref>[http://www.unscear.org/docs/reports/2008/09-86753_Report_2008_GA_Report_corr2.pdf Sources and Effects of Ionizing Radiation, UNSCEAR 2008]</ref><ref>{{citar web|último=Phillips|primeiro=Tony| título=The Effects of Space Weather on Aviation| website =Science News|publicado=NASA|data=25 de outubro de 2013| url =https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2013/25oct_aviationswx/}}</ref>

Os [[Aprimoramento do nível do solo|aprimoramentos no nível do solo]], também conhecidos como eventos no nível do solo ou GLEs, ocorrem quando um evento de partícula solar contém partículas com energia suficiente para ter efeitos no nível do solo, detectados principalmente como um aumento no número de [[nêutrons]] medidos no nível do solo. Foi demonstrado que esses eventos têm impacto na dosagem de radiação, mas não aumentam significativamente o risco de câncer.<ref name="BritishGovSpaceWeather">{{citar web |url=https://www.gov.uk/guidance/space-weather-and-radiation|título=British Government: Space Weather and radiation guidance, Public Health England|acessodata=6 de janeiro de 2022}}</ref>

=== Efeito em animais ===
Existe um corpo grande, mas controverso, de literatura científica sobre as conexões entre tempestades geomagnéticas e saúde humana. Isso começou com jornais russos e o assunto foi posteriormente estudado por cientistas ocidentais. As teorias para a causa incluem o envolvimento do [[criptocromo]], da [[melatonina]], da [[glândula pineal]] e do [[ritmo circadiano]].<ref>{{citar periódico |último1=James Close |título=Are stress responses to geomagnetic storms mediated by the cryptochrome compass system? |periódico=Proc Biol Sci |data=7 de junho de 2012 |volume=279 |número=1736 |páginas=2081–2090 |doi=10.1098/rspb.2012.0324 |pmid=22418257 |pmc=3321722 }}</ref>

Alguns cientistas sugerem que as tempestades solares induzem as [[Arrojamento|baleias a encalhar]].<ref>{{citar web|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170206083827.htm|título=Scientist studies whether solar storms cause animal beachings}}</ref><ref>{{citar jornal|url=https://www.bbc.com/news/science-environment-41110082|título=Northern lights link to whale strandings|primeiro=Matt|último=McGrath|publicado=BBC News|data=5 de setembro de 2017}}</ref> Alguns especularam que os animais migratórios que usam a [[magnetorrecepção]] para navegar, como pássaros e abelhas, também podem ser afetados.<ref>https://www.usnews.com/news/national-news/articles/2017-09-06/solar-storms-may-ignite-south-reaching-auroras-wednesday {{Bare URL inline|date=January 2022}}</ref>


== Ver também ==
== Ver também ==
{{div col}}
*[[Tempestade solar de 1859]]
* [[Índice-A]]
*[[Tempestade solar de 2003]]
* [[Índice-K]]
*[[Tempestade solar de 2012]]
* [[Advanced Composition Explorer]]
* [[Evento Carrington]]
* [[Pulso eletromagnético]]
* [[Lista de artigos de física de plasma]]
* [[Lista de tempestades solares]]
* [[Magnetar]]
* [[Solar and Heliospheric Observatory]]
* [[STEREO]]
* [[Sondas Van Allen]]
{{div col end}}

{{referências}}


=== Leitura adicional ===
{{Referências}}
{{refbegin}}
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* {{citar livro |autor=Odenwald, S. |título=The 23rd Cycle:Learning to live with a stormy star |publicado=Columbia University Press |data=2001 |isbn=978-0-231-12079-1 }}
* Odenwald, S., 2003, [http://www.solarstorms.org "The Human Impacts of Space Weather"].
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* Volland, H., (1984), "Atmospheric Electrodynamics", Kluwer Publ., Dordrecht
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== Ligações externas ==
== Ligações externas ==
* [http://www.spaceweatherlive.com/ Live solar and geomagnetic activity data at Spaceweather]
* {{Link|en|2=http://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html|3=NOAA Satellite and Information Service}}
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* [http://aurorawatch.lancs.ac.uk/ Aurora Watch] at Lancaster University
* [http://geomag.usgs.gov USGS Geomagnetism program]


Links relacionados a redes elétricas:
{{Portal3|Astronomia|Física}}
* [http://hireme.geek.nz/solar-storm-hvac-transformer-avoidable-failure.html Geomagnetic Storm Induced HVAC Transformer Failure is Avoidable] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130517120625/http://hireme.geek.nz/solar-storm-hvac-transformer-avoidable-failure.html |data=2013-05-17 }}
* [https://web.archive.org/web/20100325191721/http://www.economics.noaa.gov/?goal=commerce NOAA Economics — Geomagnetic Storm datasets and Economic Research]
* [https://web.archive.org/web/20080611174103/http://www.agu.org/sci_soc/eiskappenman.html Geomagnetic Storms Can Threaten Electric Power Grid]


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Revisão das 13h44min de 22 de abril de 2023

Representação artística de partículas de vento solar interagindo com a magnetosfera da Terra. Os tamanhos não estão em escala

Uma tempestade geomagnética, também conhecida como tempestade magnética, é uma perturbação temporária da magnetosfera da Terra causada por uma onda de choque do vento solar e/ou nuvem de campo magnético que interage com o campo magnético da Terra.

A perturbação que impulsiona a tempestade magnética pode ser uma ejeção de massa coronal solar (CME) ou (muito menos severamente) uma região de interação corrotante (CIR), um fluxo de vento solar de alta velocidade originário de um buraco coronal.[1] A frequência das tempestades geomagnéticas aumenta e diminui com o ciclo das manchas solares. Durante o máximo solar, as tempestades geomagnéticas ocorrem com mais frequência, sendo a maioria impulsionada por CMEs.

O aumento da pressão do vento solar inicialmente comprime a magnetosfera. O campo magnético do vento solar interage com o campo magnético da Terra e transfere uma energia aumentada para a magnetosfera. Ambas as interações causam um aumento no movimento do plasma através da magnetosfera (impulsionado pelo aumento dos campos elétricos dentro da magnetosfera) e um aumento na corrente elétrica na magnetosfera e na ionosfera. Durante a fase principal de uma tempestade geomagnética, a corrente elétrica na magnetosfera cria uma força magnética que empurra a fronteira entre a magnetosfera e o vento solar.

Vários fenômenos do clima espacial tendem a estar associados ou são causados por uma tempestade geomagnética. Isso inclui eventos de partículas energéticas solares (SEP), correntes induzidas geomagneticamente (GIC), distúrbios ionosféricos que causam cintilação de rádio e radar, interrupção da navegação por bússola magnética e exibições de auroras em latitudes muito mais baixas do que o normal.

A maior tempestade geomagnética registrada, o Evento Carrington em setembro de 1859, derrubou partes da recém-criada rede telegráfica dos Estados Unidos, iniciando incêndios e eletrocutando operadores de telégrafo.[2] Uma tempestade geomagnética de março de 1989, energizou correntes terrestres induzidas que interromperam a distribuição de energia elétrica na maior parte de Quebec, Canadá[3] e causaram auroras até o sul do Texas, Estados Unidos.[4]

Parte de uma série de artigos sobre
Heliofísica
Corrente heliosférica difusa

Definição

Uma tempestade geomagnética é definida[5] por mudanças no índice Dst[6] (perturbação – tempo de tempestade). O índice Dst estima a mudança média global do componente horizontal do campo magnético da Terra no equador magnético com base em medições de algumas estações de magnetômetro. Dst é calculado uma vez por hora e relatado quase em tempo real.[7] Durante os períodos de silêncio, Dst está entre +20 e −20 nano-Tesla (nT).

Uma tempestade geomagnética tem três fases: inicial, principal e de recuperação. A fase inicial é caracterizada por Dst (ou seu componente de um minuto SYM-H) aumentando de 20 a 50 nT em dezenas de minutos. A fase inicial também é conhecida como início súbito de tempestade (SSC). No entanto, nem todas as tempestades geomagnéticas têm uma fase inicial e nem todos os aumentos repentinos em Dst ou SYM-H são seguidos por uma tempestade geomagnética. A fase principal de uma tempestade geomagnética é definida por Dst diminuindo para menos de −50 nT. A seleção de −50 nT para definir uma tempestade é um tanto arbitrária. O valor mínimo durante uma tempestade será entre −50 e aproximadamente −600 nT. A duração da fase principal é tipicamente de 2 a 8 horas. A fase de recuperação é quando Dst muda de seu valor mínimo para seu valor de tempo de silêncio. A fase de recuperação pode durar apenas 8 horas ou até 7 dias.[5]

Aurora boreal

O tamanho de uma tempestade geomagnética é classificado como moderado (−50 nT > mínimo de Dst > −100 nT), intenso (−100 nT > mínimo Dst > −250 nT) ou supertempestade (mínimo de Dst < −250 nT).[8]

Medindo a intensidade

A intensidade da tempestade geomagnética é relatada de várias maneiras diferentes, incluindo:

História da teoria

Em 1931, [S[ydney Chapman] ]e Vincenzo C. A. Ferraro escreveram um artigo, A New Theory of Magnetic Storms (Uma Nova Teoria das Tempestades Magnéticas), que buscava explicar o fenômeno.[10] Eles argumentaram que sempre que o Sol emite uma erupção solar, também emite uma nuvem de plasma, agora conhecida como ejeção de massa coronal. Eles postularam que esse plasma viaja a uma velocidade tal que atinge a Terra em 113 dias, embora agora saibamos que essa jornada leva de 1 a 5 dias. Eles escreveram que a nuvem então comprime o campo magnético da Terra e, assim, aumenta esse campo na superfície da Terra.[11] O trabalho de Chapman e Ferraro baseou-se no de, entre outros, Kristian Birkeland, que usou tubos de raios catódicos recentemente descobertos para mostrar que os raios eram desviados para os polos de uma esfera magnética. Ele teorizou que um fenômeno semelhante era responsável pelas auroras, explicando por que elas são mais frequentes nas regiões polares.

Ocorrências

Ver também: Lista de tempestades solares

A primeira observação científica dos efeitos de uma tempestade geomagnética ocorreu no início do século XIX: de maio de 1806 a junho de 1807, Alexander von Humboldt registrou o rumo de uma bússola magnética em Berlim, Reino da Prússia. Em 21 de dezembro de 1806, ele notou que sua bússola havia se tornado errática durante um brilhante evento de aurora.[12]

De 1 a 2 de setembro de 1859, ocorreu a maior tempestade geomagnética registrada. De 28 de agosto até 2 de setembro de 1859, numerosas manchas solares e erupções solares foram observadas no Sol, com a maior erupção em 1 de setembro. Isso é conhecido como a tempestade solar de 1859 ou o evento Carrington. Pode-se presumir que uma enorme ejeção de massa coronal (CME) foi lançada do Sol e atingiu a Terra em dezoito horas, uma viagem que normalmente leva de três a quatro dias. O campo horizontal foi reduzido em 1600 nT conforme registrado pelo Observatório Colaba. Estima-se que Dst teria sido aproximadamente −1760 nT.[13] Fios de telégrafo nos Estados Unidos e na Europa experimentaram aumentos de tensão induzidos (emf), em alguns casos até causando choques aos operadores de telégrafo e iniciando incêndios. As auroras foram observadas no extremo sul do Havaí, México, Cuba e Itália, fenômenos que geralmente são visíveis apenas nas regiões polares. Núcleos de gelo mostram evidências de que eventos de intensidade semelhante se repetem a uma taxa média de aproximadamente uma vez a cada 500 anos.

Desde 1859, ocorreram tempestades menos severas, notadamente a aurora de 17 de novembro de 1882 e a tempestade geomagnética de maio de 1921, ambas com interrupção do serviço telegráfico e início de incêndios, e 1960, quando foi relatada a interrupção generalizada do rádio.[14]

GOES-7 monitora as condições do clima espacial durante a Grande Tempestade Geomagnética de março de 1989, o monitor de nêutrons de Moscou, Rússia registrou a passagem de uma CME como uma queda nos níveis conhecida como redução de Forbush.[15]

No início de agosto de 1972, uma série de erupções e tempestades solares atinge o pico com uma erupção estimada em torno de X20, produzindo o trânsito CME mais rápido já registrado e uma forte tempestade geomagnética e de prótons que interrompeu as redes elétricas e de comunicações terrestres, bem como satélites (pelo menos um feito permanentemente inoperante) e detonou espontaneamente numerosas minas marítimas de influência magnética da Marinha dos Estados Unidos no Vietnã do Norte.[16]

A tempestade geomagnética de março de 1989 causou o colapso da rede elétrica Hydro-Québec em segundos, quando os relés de proteção do equipamento dispararam em uma sequência em cascata.[3][17] 6 milhões de pessoas ficaram sem energia por 9 horas. A tempestade causou auroras tão ao sul quanto o Texas, Estados Unidos.[4] A tempestade que causou este evento foi o resultado de uma massa coronal ejetada do Sol em 9 de março de 1989.[18] O Dst mínimo foi de −589 nT.

Em 14 de julho de 2000, uma erupção da classe X5 (conhecida como o evento do Dia da Bastilha) e uma massa coronal foi lançada diretamente na Terra. Uma supertempestade geomagnética ocorreu de 15 a 17 de julho; o mínimo do índice Dst foi −301 nT. Apesar da força da tempestade, nenhuma falha na distribuição de energia foi relatada.[19] O evento do Dia da Bastilha foi observado pelas Voyager 1 e Voyager 2,[20] portanto, é o ponto mais distante do Sistema Solar em que uma tempestade solar foi observada.

17 grandes erupções irromperam no Sol entre 19 de outubro e 5 de novembro de 2003, incluindo talvez a erupção mais intensa já medida pelo sensor GOES XRS, uma enorme erupção X28,[21] resultando em um blecaute extremo de rádio, em 4 de novembro. Essas erupções foram associadas a eventos CME que causaram três tempestades geomagnéticas entre 29 de outubro e 2 de novembro, durante as quais a segunda e a terceira tempestades foram iniciadas antes que o período anterior tivesse se recuperado totalmente. Os valores mínimos de Dst foram −151, −353 e −383 nT. Outra tempestade nesta sequência ocorreu de 4 a 5 de novembro com um Dst mínimo de −69 nT. A última tempestade geomagnética foi mais fraca do que as tempestades anteriores, porque a região ativa do Sol girou além do meridiano onde a porção central CME criada durante o evento de erupção passou para o lado da Terra. Toda a sequência ficou conhecida como a Tempestade Solar do Dia das Bruxas.[22] O Wide Area Augmentation System (WAAS) operado pela Federal Aviation Administration (FAA) ficou offline por aproximadamente 30 horas devido à tempestade.[23] O satélite japonês ADEOS-2 foi severamente danificado e a operação de muitos outros satélites foi interrompida devido à tempestade.[24]

Interações com processos planetários

Magnetosfera no ambiente espacial próximo da Terra

O vento solar também carrega consigo o campo magnético do Sol. Este campo terá uma orientação Norte ou Sul. Se o vento solar tiver rajadas energéticas, contraindo e expandindo a magnetosfera, ou se o vento solar assumir uma polarização para o sul, podem ser esperadas tempestades geomagnéticas. O campo para o sul causa a reconexão magnética da magnetopausa diurna, injetando rapidamente energia magnética e de partículas na magnetosfera da Terra.

Durante uma tempestade geomagnética, a camada F2 da ionosfera torna-se instável, fragmenta-se e pode até desaparecer. Nas regiões dos polos norte e sul da Terra, as auroras são observáveis.

Instrumentos

Os magnetômetros monitoram a zona auroral, bem como a região equatorial. Dois tipos de radar, dispersão coerente e dispersão incoerente, são usados para sondar a ionosfera auroral. Ao refletir sinais de irregularidades ionosféricas, que se movem com as linhas de campo, pode-se rastrear seu movimento e inferir a convecção magnetosférica.

Os instrumentos de sonda espacial incluem:

  • Magnetômetros, geralmente do tipo porta de fluxo. Normalmente, eles ficam no final das barreiras, para mantê-los longe da interferência magnética da sonda espacial e de seus circuitos elétricos.[25]
  • Sensores elétricos nas extremidades de barreiras opostas são usados para medir diferenças de potencial entre pontos separados, para derivar campos elétricos associados à convecção. O método funciona melhor em altas densidades de plasma em órbita baixa da Terra; longe da Terra, são necessários longos booms, para evitar a blindagem de forças elétricas.
  • As sirenes de rádio do solo podem refletir ondas de rádio de frequência variável da ionosfera e, ao cronometrar seu retorno, determinar o perfil de densidade de elétrons, até seu pico, além do qual as ondas de rádio não retornam mais. Sondadores de rádio em órbita baixa da Terra a bordo do Canadian Alouette 1 (1962) e Alouette 2 (1965), irradiaram ondas de rádio em direção à Terra e observaram o perfil de densidade de elétrons da "ionosfera superior". Outros métodos de sondagem de rádio também foram tentados na ionosfera (por exemplo, no IMAGE).
  • Os detectores de partículas incluem um contador Geiger, como foi usado para as observações originais do cinturão de radiação de Van Allen. Os detectores de cintiladores vieram mais tarde, e ainda mais tarde os multiplicadores de elétrons "channeltron" encontraram uso particularmente amplo. Para derivar carga e composição de massa, bem como energias, uma variedade de projetos de espectrógrafo de massa foram usados. Para energias de até cerca de 50 keV (que constituem a maior parte do plasma magnetosférico), os espectrômetros de tempo de voo (por exemplo, design "top-hat") são amplamente utilizados.

Os computadores tornaram possível reunir décadas de observações magnéticas isoladas e extrair padrões médios de correntes elétricas e respostas médias a variações interplanetárias. Eles também executam simulações da magnetosfera global e suas respostas, resolvendo as equações da magnetoidrodinâmica (MHD) em uma grade numérica. Extensões apropriadas devem ser adicionadas para cobrir a magnetosfera interna, onde desvios magnéticos e condução ionosférica precisam ser levados em consideração. Nas regiões polares, diretamente ligadas ao vento solar, anomalias ionosféricas de grande escala podem ser modeladas com sucesso, mesmo durante supertempestades geomagnéticas.[26] Em escalas menores (comparáveis a um grau de latitude/longitude), os resultados são difíceis de interpretar, e certas suposições sobre a incerteza do forçamento de alta latitude são necessárias.[27]

Efeitos da tempestade geomagnética

Disrupção de sistemas elétricos

Tem sido sugerido que uma tempestade geomagnética na escala da tempestade solar de 1859 hoje causaria bilhões ou até trilhões de dólares em danos a satélites, redes elétricas e comunicações de rádio, e poderia causar apagões elétricos em uma escala massiva que pode não ser reparado por semanas, meses ou mesmo anos.[23] Esses apagões elétricos repentinos podem ameaçar a produção de alimentos.[28]

Rede elétrica principal

Quando os campos magnéticos se movem nas proximidades de um condutor, como um fio, uma corrente induzida geomagneticamente é produzida no condutor. Isso acontece em grande escala durante as tempestades geomagnéticas (o mesmo mecanismo também influenciou as linhas telefônicas e telégrafas antes da fibra ótica, veja acima) em todas as longas linhas de transmissão. Notavelmente, isso inclui principalmente operadoras na China, América do Norte e Austrália, especialmente em linhas modernas de alta tensão e baixa resistência. A rede europeia consiste principalmente em circuitos de transmissão mais curtos, menos vulneráveis a danos.[29][30]

As correntes (quase diretas) induzidas nessas linhas por tempestades geomagnéticas são prejudiciais aos equipamentos de transmissão elétrica, especialmente transformadores, induzindo a saturação do núcleo, restringindo seu desempenho (além de acionar vários dispositivos de segurança) e causando o aquecimento de bobinas e núcleos. Em casos extremos, esse calor pode incapacitá-los ou destruí-los, induzindo até mesmo uma reação em cadeia que pode sobrecarregar os transformadores.[31][32] A maioria dos geradores é conectada à rede por meio de transformadores, isolando-os das correntes induzidas na rede, tornando-os muito menos suscetíveis a danos devido à corrente induzida geomagneticamente. No entanto, um transformador submetido a isso atuará como uma carga desbalanceada para o gerador, causando corrente de sequência negativa no estator e consequentemente aquecimento do rotor.

Segundo um estudo da corporação Metatech, uma tempestade com força comparável à de 1921 destruiria mais de 300 transformadores e deixaria mais de 130 milhões de pessoas sem energia elétrica nos Estados Unidos, custando vários trilhões de dólares.[33] A extensão da interrupção é debatida, com alguns depoimentos no Congresso indicando uma interrupção potencialmente indefinida até que os transformadores possam ser substituídos ou consertados.[34] Essas previsões são contrariadas por um relatório da North American Electric Reliability Corporation que conclui que uma tempestade geomagnética causaria instabilidade temporária na rede, mas nenhuma destruição generalizada de transformadores de alta tensão. O relatório aponta que o amplamente citado colapso da rede da Hydro-Québec não foi causado pelo superaquecimento dos transformadores, mas pelo disparo quase simultâneo de sete relés.[35]

Além dos transformadores serem vulneráveis aos efeitos de uma tempestade geomagnética, as empresas de eletricidade também podem ser afetadas indiretamente pela tempestade geomagnética. Por exemplo, provedores de serviços de internet podem cair durante tempestades geomagnéticas (e/ou permanecer inoperantes por muito tempo depois). As empresas de eletricidade podem ter equipamentos que requerem uma conexão de internet ativa para funcionar, portanto, durante o período em que o provedor de serviços de internet estiver inoperante, a eletricidade também pode não ser distribuída.[36]

Ao receber alertas e avisos de tempestades geomagnéticas (por exemplo, pelo Space Weather Prediction Center; via satélites do Clima Espacial como SOHO ou ACE), as empresas de energia podem minimizar os danos aos equipamentos de transmissão de energia, desconectando transformadores momentaneamente ou induzindo apagões temporários. Também existem medidas preventivas, incluindo a prevenção da entrada de corrente induzida geomagneticamente na rede através da conexão neutro-terra.[29]

Comunicações

Sistemas de comunicação de alta frequência (3 a 30 MHz) usam a ionosfera para refletir sinais de rádio em longas distâncias. Tempestades ionosféricas podem afetar a comunicação de rádio em todas as latitudes. Algumas frequências são absorvidas e outras são refletidas, levando a sinais de rápida flutuação e caminhos de propagação inesperados. Estações de TV e rádio comercial são pouco afetadas pela atividade solar, mas terra-ar, navio-terra, transmissão de ondas curtas e rádio amador (principalmente as bandas abaixo de 30 MHz) são frequentemente interrompidas. Os operadores de rádio que usam bandas de HF contam com alertas solares e geomagnéticos para manter seus circuitos de comunicação funcionando.

Detecção militar ou sistemas de alerta precoce operando na faixa de alta frequência também são afetados pela atividade solar. O radar over-the-horizon reflete sinais da ionosfera para monitorar o lançamento de aviões e mísseis de longas distâncias. Durante tempestades geomagnéticas, este sistema pode ser severamente prejudicado pela interferência de rádio. Além disso, alguns sistemas de detecção de submarinos usam as assinaturas magnéticas dos submarinos como uma entrada para seus esquemas de localização. As tempestades geomagnéticas podem mascarar e distorcer esses sinais.

A Federal Aviation Administration (FAA) recebe rotineiramente alertas de rajadas de rádio solar para que possam reconhecer problemas de comunicação e evitar manutenção desnecessária. Quando um avião e uma estação terrestre estão alinhadas com o Sol, altos níveis de ruído podem ocorrer nas frequências de rádio de controle aéreo. Isso também pode acontecer em comunicações via satélite UHF e SHF, quando uma estação terrestre, um satélite e o Sol estão alinhados. A fim de evitar manutenção desnecessária nos sistemas de comunicação por satélite a bordo de aviões, o AirSatOne fornece um feed ao vivo para eventos geofísicos do Space Weather Prediction Center da NOAA.[37] Permite aos usuários visualizar tempestades espaciais observadas e previstas. Os alertas geofísicos são importantes para as tripulações de voo e pessoal de manutenção para determinar se alguma atividade futura ou histórico tem ou terá efeito nas comunicações por satélite, navegação GPS e comunicações HF.

As linhas telegráficas no passado foram afetadas por tempestades geomagnéticas. Os telégrafos usavam um único fio longo para a linha de dados, estendendo-se por muitos quilômetros, usando o solo como fio de retorno e alimentado com energia de corrente contínua de uma bateria; isso os tornou (juntamente com as linhas de energia mencionadas abaixo) suscetíveis a serem influenciados pelas flutuações causadas pela corrente de anel. A tensão/corrente induzida pela tempestade geomagnética pode ter diminuído o sinal, quando subtraída da polaridade da bateria, ou para sinais excessivamente fortes e espúrios quando adicionada a ela; alguns operadores aprenderam a desconectar a bateria e confiar na corrente induzida como fonte de energia. Em casos extremos, a corrente induzida era tão alta que as bobinas do lado receptor explodiam em chamas ou os operadores recebiam choques elétricos. As tempestades geomagnéticas também afetam as linhas telefônicas de longa distância, incluindo cabos submarinos, a menos que sejam de fibra ótica.[38]

Danos aos satélites de comunicação podem interromper ligações não terrestres de telefone, televisão, rádio e internet.[39] A Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos informou em 2008 sobre possíveis cenários de interrupção generalizada no pico solar de 2012-2013.[40] Uma supertempestade solar pode causar interrupções globais em larga escala de internet que duram meses. Um estudo descreve possíveis medidas de mitigação e exceções, como malha de redes alimentadas pelo usuário, aplicativos peer-to-peer relacionados e novos protocolos, e analisa a robustez da atual infraestrutura da internet.[41][42][43]

Sistemas de navegação

O Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) e outros sistemas de navegação, como o LORAN e o agora extinto OMEGA, são afetados adversamente quando a atividade solar interrompe a propagação do sinal. O sistema OMEGA consistia em 8 transmissores localizados em todo o mundo. Aviões e navios usavam os sinais de frequência muito baixa desses transmissores para determinar suas posições. Durante eventos solares e tempestades geomagnéticas, o sistema fornecia aos navegadores informações imprecisas de até vários quilômetros. Se os navegadores tivessem sido alertados de que um evento de prótons ou tempestade geomagnética estava em andamento, eles poderiam ter mudado para um sistema de backup.

Os sinais GNSS são afetados quando a atividade solar causa variações repentinas na densidade da ionosfera, fazendo com que os sinais do satélite cintilem (como uma estrela cintilante). A cintilação de sinais de satélite durante distúrbios ionosféricos é estudada no HAARP durante experimentos de modificação ionosférica. Também foi estudado no Observatório de Rádio Jicamarca.

Uma tecnologia usada para permitir que os receptores GPS continuem a operar na presença de alguns sinais confusos é o Monitoramento de Integridade Autônoma do Receptor (RAIM). No entanto, o RAIM é baseado na suposição de que a maioria da constelação GPS está operando corretamente e, portanto, é muito menos útil quando toda a constelação é perturbada por influências globais, como tempestades geomagnéticas. Mesmo que o RAIM detecte uma perda de integridade nesses casos, pode não ser capaz de fornecer um sinal útil e confiável.

Danos ao hardware de satélites

As tempestades geomagnéticas e o aumento da emissão ultravioleta solar aquecem a atmosfera superior da Terra, fazendo com que ela se expanda. O ar aquecido sobe e a densidade na órbita dos satélites até cerca de 1.000 km aumenta significativamente. Isso resulta em maior arrasto, fazendo com que os satélites desacelerem e mudem ligeiramente de órbita. Os satélites de órbita baixa da Terra que não são impulsionados repetidamente para órbitas mais altas caem lentamente e eventualmente queimam. A destruição do Skylab em 1979 é um exemplo de uma espaçonave reentrando prematuramente na atmosfera da Terra como resultado de uma atividade solar maior do que o esperado.[44] Durante a grande tempestade geomagnética de março de 1989, quatro dos satélites de navegação da Marinha dos Estados Unidos tiveram que ser retirados de serviço por até uma semana, o Comando de Operações Espaciais dos Estados Unidos teve que postar novos elementos orbitais para mais de 1.000 objetos afetados e o satélite Solar Maximum Mission caiu de órbita em dezembro do mesmo ano.[45]

A vulnerabilidade dos satélites também depende de sua posição. A Anomalia do Atlântico Sul é um lugar perigoso para a passagem de um satélite, devido ao campo geomagnético excepcionalmente fraco na órbita baixa da Terra.[46]

Transportes tubulares

Campos geomagnéticos de rápida flutuação podem produzir correntes induzidas geomagneticamente em transportes tubulares. Isso pode causar vários problemas para os engenheiros de dutos. Os medidores de fluxo de dutos podem transmitir informações de fluxo errôneas e a taxa de corrosão do duto pode aumentar drasticamente.[47][48]

Perigos da radiação para os seres humanos

A atmosfera e a magnetosfera da Terra permitem proteção adequada ao nível do solo, mas os astronautas estão sujeitos a envenenamento por radiação potencialmente letal. A penetração de partículas de alta energia nas células vivas pode causar danos aos cromossomos, câncer e outros problemas de saúde. Grandes doses podem ser imediatamente fatais. Prótons solares com energias superiores a 30 MeV são particularmente perigosos.[49]

Eventos de prótons solares também podem produzir radiação elevada a bordo de aviões voando em grandes altitudes. Embora esses riscos sejam pequenos, as tripulações de voo podem ser expostas repetidamente, e o monitoramento de eventos de prótons solares por instrumentação de satélite permite que a exposição seja monitorada e avaliada e, eventualmente, rotas de voo e altitudes sejam ajustadas para diminuir a dose absorvida.[50][51][52]

Os aprimoramentos no nível do solo, também conhecidos como eventos no nível do solo ou GLEs, ocorrem quando um evento de partícula solar contém partículas com energia suficiente para ter efeitos no nível do solo, detectados principalmente como um aumento no número de nêutrons medidos no nível do solo. Foi demonstrado que esses eventos têm impacto na dosagem de radiação, mas não aumentam significativamente o risco de câncer.[53]

Efeito em animais

Existe um corpo grande, mas controverso, de literatura científica sobre as conexões entre tempestades geomagnéticas e saúde humana. Isso começou com jornais russos e o assunto foi posteriormente estudado por cientistas ocidentais. As teorias para a causa incluem o envolvimento do criptocromo, da melatonina, da glândula pineal e do ritmo circadiano.[54]

Alguns cientistas sugerem que as tempestades solares induzem as baleias a encalhar.[55][56] Alguns especularam que os animais migratórios que usam a magnetorrecepção para navegar, como pássaros e abelhas, também podem ser afetados.[57]

Ver também

Referências

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Leitura adicional

Ligações externas

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