O que é uma tempestade de radiação solar?

Uma tempestade de radiação solar (também conhecida como Evento de Proton Solar ou SPE) ocorre frequentemente após grandes erupções no Sol, quando os prótons são lançados em velocidades incrivelmente altas, às vezes de até mais de 10.000 Km/s. Essas tempestades de radiação podem fazer a ponte entre a distância Sol-Terra em apenas 30 minutos e durar vários dias. Neste artigo, vamos explicar o que é uma tempestade de radiação solar e que tipo de efeitos ela tem sobre nós.

Escala S

O NOAA usa um sistema de cinco níveis chamado escala S, para indicar a gravidade de uma tempestade de radiação solar. Essa escala varia de S1 a S5, com S1 sendo o nível mais baixo e S5 sendo o nível mais alto. Cada nível S tem um limite pfu (unidade de fluxo de prótons) associado a ele. Por exemplo: Os níveis de tempestade de radiação solar S1 são alcançados quando a contagem de 10 MeV pfu atinge um valor de 10 nas altitudes dos satélites geossíncronos. Observe que esta escala é realmente logarítmica. O que significa que um evento moderado de prótons (S2) ocorre quando o fluxo de prótons atinge 100 pfu, não 20! Para uma tempestade de radiação solar forte (S3), é necessário um pfu de 1000. Costumamos usar essa escala S no site, por isso é aconselhável se familiarizar com ela. Podemos definir as seguintes classes de tempestade de radiação solar:

Escala S Descrição Limiar de fluxo Frequência média Dados de confiabilidade do vento solar ACE
S1 Menor 101 50 por ciclo Dados confiáveis
S2 Moderado 102 25 por ciclo Os dados podem não ser confiáveis
S3 Forte 103 10 por ciclo Dados provavelmente não confiáveis
S4 Severo 104 3 por ciclo Dados provavelmente não confiáveis
S5 Extremo 105 Menos de 1 por ciclo Dados provavelmente não confiáveis

Perigos

Tempestades de radiação solar não são perigosas para as pessoas na Terra. Estamos protegidos dessas tempestades pelo campo magnético da Terra e pela atmosfera da Terra. Um efeito que podemos experimentar na Terra durante fortes tempestades de radiação solar é o aumento do risco de pessoas em voos transpolares receberem uma dose de radiação maior do que o normal. Os voos transpolares às vezes precisam ser redirecionados ou cancelados por causa dessas tempestades de radiação. Outro efeito é que pode causar alguns problemas de comunicação nas áreas polares. Esses prótons também são uma ameaça de radiação para os astronautas, em particular durante suas atividades extra-veiculares (caminhadas espaciais). Os satélites no espaço também são vulneráveis: esses prótons degradam a eficiência do painel solar, os circuitos eletrônicos a bordo podem funcionar mal e os prótons criarão ruído nos sistemas de rastreamento de estrelas.

Nas latitudes árticas, a comunicação de rádio de alta frequência (HF) pode se tornar problemática ou até mesmo impossível. Os prótons que se movem rapidamente penetram na magnetosfera e são guiados pelas linhas do campo magnético, penetrando na atmosfera perto dos pólos norte e sul. Esses prótons ionizam a camada D e esse processo impede que as ondas de rádio HF alcancem as camadas muito mais altas E, F1 e F2, onde esses sinais de rádio normalmente refletem e voltam para a Terra. Esses apagões de rádio são conhecidos como eventos Absorção da Tampa Polar (PCA) e podem durar dias. O resultado é que pouca ou nenhuma comunicação de rádio HF é possível em rotas transpolares. Podemos usar a escala S para estimar a gravidade de um evento de Absorção da Tampa Polar (PCA).

Escala S Descrição Impactos
S1 Menor Pequenos impactos em HF através das regiões polares.
S2 Moderado Efeitos infrequentes em HF através de regiões polares e operações de satélite.
S3 Forte HF degradado em regiões polares e erros de posição de navegação, efeitos de satélite em sistemas de imagem e correntes do painel solar, risco de radiação significativo para astronautas em atividade extra-veicular (EVA) e passageiros de aeronaves de alta latitude.
S4 Severo Bloqueio de HF nas regiões polares e erros de posição de navegação ao longo de vários dias, efeitos de satélite degradados de sistemas de imagem e problemas de dispositivos de memória, alto risco de radiação para astronautas em atividade extra-veicular (EVA) e passageiros de aeronaves em alta latitude.
S5 Extremo Sem HF nas regiões polares e os erros de posição tornam as operações de navegação extremamente difíceis, a perda de alguns satélites e impactos na memória causam perda de controle, alto risco de radiação inevitável para astronautas em EVA e passageiros de aeronaves de alta latitude.

A imagem abaixo mostra um bom exemplo do que acontece com os satélites durante as tempestades de radiação solar. Da esquerda para a direita, vemos algumas imagens de dois instrumentos SOHO diferentes. À esquerda, você vê como as imagens normalmente ficam quando não há tempestade de radiação solar. À direita, você pode ver o que acontece durante uma forte tempestade de radiação solar S4. Há tantos prótons colidindo com o sensor da câmera que causa muito ruído nas imagens. As imagens estão quase inutilizáveis.

Tempestade de radiação solar

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Problemas com o Explorador de Composição Avançada (ACE) durante tempestades de radiação solar

É possível que, durante uma tempestade de radiação solar, alguns dados provenientes do satélite Explorador de Composição Avançado (ACE) sejam contaminados e registrem valores falsos. Isso pode ser visto com os parâmetros do vento solar que vêm do instrumento SWEPAM. A velocidade do vento solar torna-se mais baixa do que realmente é e a densidade torna-se menor que 1 próton por centímetro quadrado. Os dados relacionados ao campo magnético interplanetário (IMF) permanecem confiáveis durante uma tempestade de radiação solar. Essas leituras falsas podem ocorrer quando uma tempestade de radiação solar atinge o nível S2 (tempestade de radiação solar moderada) e muitas vezes podem continuar até bem depois da chegada de uma ejeção de massa coronal, o que torna a detecção da chegada de uma ejeção de massa coronal muito mais difícil. O satélite DSCOVR que substituiu o ACE em 2016 não tem esses problemas.

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