O que são erupções solares?

Uma erupção solar é basicamente uma explosão gigante na superfície do nosso Sol que ocorre quando as linhas do campo magnético das manchas solares se entrelaçam e entram em erupção. Uma explosão solar é definida como uma variação repentina, rápida e intensa no brilho. Uma explosão solar ocorre quando a energia magnética que se acumulou na atmosfera solar é liberada repentinamente. O material é aquecido a muitos milhões de graus em apenas alguns minutos e a radiação é emitida por praticamente todo o espectro eletromagnético, desde ondas de rádio na extremidade do comprimento de onda longo, passando pela emissão óptica de raios-X e raios gama na extremidade do comprimento de onda curto. A quantidade de energia liberada é equivalente a milhões de bombas nucleares explodindo ao mesmo tempo! As erupções solares são uma ocorrência frequente quando o Sol está ativo nos anos em torno do máximo solar. Muitas erupções solares podem ocorrer em apenas um dia durante este período! Perto do mínimo solar, as explosões solares podem ocorrer menos de uma vez por semana. Explosões grandes são menos frequentes do que as menores. Algumas erupções solares (principalmente mais fortes) podem lançar enormes nuvens de plasma solar para o espaço, o que chamamos de ejeção de massa coronal. Quando uma ejeção de massa coronal chega à Terra, pode causar uma tempestade geomagnética e intensas exibições aurorais.

Uma explosão solar espetacular vista pelo Observatório de Dinâmica Solar da NASA no comprimento de onda de 193 Ångström.

Imagem: Uma explosão solar espetacular vista pelo Observatório de Dinâmica Solar da NASA no comprimento de onda de 193 Ångström.

A classificação das explosões solares

As erupções solares são classificadas como A, B, C, M ou X de acordo com o fluxo de pico (em watts por metro quadrado, W/m2) de 1 a 8 raios-X Ångströms perto da Terra, conforme medido pelo instrumento XRS a bordo do satélite GOES-15 que está em uma órbita geoestacionária sobre o Oceano Pacífico. A tabela abaixo nos mostra as diferentes classes de explosão solar:

Classe W/m2 entre 1 e 8 Ångströms
A <10-7
B ≥10-7 <10-6
C ≥10-6 <10-5
M ≥10-5 <10-4
X ≥10-4

Cada categoria de classe de raios-X é dividida em uma escala logarítmica de 1 a 9. Por exemplo: B1 a B9, C1 a C9, etc. Um sinalizador X2 é duas vezes mais poderoso que um sinalizador X1 e é quatro vezes mais poderoso do que uma explosão M5. A categoria da classe X é um pouco diferente e não para no X9, mas continua. As explosões solares de X10 ou mais fortes também são chamadas de "explosões solares de classe Super X".

Explosões solares de classe A e B

As classes A e B são a classe mais baixa de explosões solares. Elas são muito comuns e não muito interessantes. O fluxo de fundo (quantidade de radiação emitida quando não há chamas) está frequentemente na faixa B durante o máximo solar e na faixa A durante o mínimo solar.

Explosões solares classe C

As erupções solares de classe C são erupções solares menores que têm pouco ou nenhum efeito na Terra. Apenas as explosões solares de classe C que são de longa duração podem produzir uma ejeção de massa coronal, mas geralmente são lentas, fracas e raramente causam uma perturbação geomagnética significativa aqui na Terra. O fluxo de fundo (quantidade de radiação emitida quando não há chamas) pode estar na faixa inferior da classe C quando uma região complexa de manchas solares habita o disco solar voltado para a Terra.

Explosões solares de classe M

As erupções solares de classe M são o que chamamos de erupções solares de médio porte. Eles causam blecautes de rádio pequenos (R1) a moderados (R2) no lado diurno da Terra. Algumas explosões solares eruptivas de classe M também podem causar tempestades de radiação solar. Fortes explosões solares de classe M de longa duração são prováveis candidatos para lançar uma ejeção de massa coronal. Se a explosão solar ocorre perto do centro do disco solar voltado para a Terra e lança uma ejeção de massa coronal em direção ao nosso planeta, há uma grande probabilidade de que a tempestade geomagnética resultante seja forte o suficiente para aurora nas latitudes médias.

Explosões solares classe X

As explosões solares de classe X são as maiores e mais fortes de todas. Em média, erupções solares dessa magnitude ocorrem cerca de 10 vezes por ano e são mais comuns durante o máximo solar do que o mínimo solar. Blecautes de rádio fortes a extremos (R3 a R5) ocorrem no lado diurno da Terra durante a explosão solar. Se a explosão solar for eruptiva e ocorrer perto do centro do disco solar voltado para a Terra, ela pode causar uma forte e duradoura tempestade de radiação solar e liberar uma ejeção de massa coronal significativa que pode causar severa (G4) a extrema (G5) tempestade geomagnética na Terra.

X-class solar flare as seen by NASA's Solar Dynamics Observatory in the 131 Ångström wavelength

Imagem: Uma erupção solar classe X vista pelo Observatório de Dinâmica Solar da NASA no comprimento de onda de 131 Ångström.

Então, o que está acima do X9? A classe X continua após o X9 em vez de receber uma nova letra e essas explosões solares são frequentemente chamadas de explosões solares ''Super Classe X''. As erupções solares que alcançam ou mesmo ultrapassam a classe X10 são, no entanto, muito raras e ocorrem apenas algumas vezes durante um ciclo solar. Na verdade, é uma coisa boa que essas poderosas explosões solares não ocorram com tanta frequência, pois as consequências na Terra podem ser graves. As ejeções de massa coronal que podem ser lançadas por tais explosões solares são conhecidas por serem capazes de causar problemas com nossa tecnologia moderna, como satélites e linhas de energia.

Uma coisa a se notar com as erupções super classe X é que uma explosão solar X20 não é 10 vezes mais forte que uma explosão solar X10. Uma erupção solar X10 é igual a um fluxo de raios-X de 0,001 Watts/m2 enquanto uma explosão solar X20 é igual a 0,002 Watts/m2 no comprimento de onda de 1-8 Ångstrom.

A maior erupção solar já registrada desde que os satélites começaram a medi-los em 1976 foi estimada como uma explosão solar X28 que ocorreu em 4 de novembro de 2003 durante o Ciclo Solar 23. O canal longo XRS no satélite GOES-12 estava saturado em X17 por 12 minutos pela radiação intensa. Uma análise posterior dos dados disponíveis produz um fluxo de pico estimado de X28, no entanto, há cientistas que pensam que esta explosão solar foi ainda mais forte do que X28. Uma coisa boa para nós foi que o grupo de manchas solares que produziu essa erupção solar já havia girado em grande parte em relação ao disco solar voltado para a Terra quando ocorreu a explosão solar X28. Uma coisa a notar é que não houve uma explosão solar que saturou os canais XRS no GOES-15 em março de 2017, mas espera-se que sature aproximadamente nos mesmos níveis de fluxo.

Blecautes de rádio de alta frequência (HF) causados por explosões solares

Explosões de raios-X e radiação ultravioleta extrema que são emitidas durante erupções solares e podem causar problemas com transmissões de rádio de alta frequência (HF) no lado iluminado da Terra e são mais intensas em locais onde o Sol está diretamente acima. É principalmente a comunicação de rádio de alta frequência (HF) (3-30 MHz) que é afetada durante esses eventos, embora o desvanecimento e a recepção diminuída possam transbordar para a frequência muito alta (VHF) (30-300 MHz) e frequências mais altas.

These blackouts are a result of enhanced electron densities in the lower ionosphere (D-layer) during a solar flare which causes a large increase in the amount of energy radio waves lose when it passes through this layer. This process prevents the radio waves from reaching the much higher E, F1 and F2 layers where these radio signals normally refract and bounce back to Earth.

Blecautes de rádio causados por explosões solares são os eventos climáticos espaciais mais comuns que afetam a Terra e também os que mais rapidamente nos afetam. Eventos menores ocorrem cerca de 2.000 vezes a cada ciclo solar. A emissão eletromagnética produzida durante as erupções viaja na velocidade da luz, levando um pouco mais de 8 minutos para viajar do Sol à Terra. Esse tipo de apagão de rádio pode durar de vários minutos a várias horas, dependendo da duração da explosão solar. A gravidade de um blecaute de rádio depende da intensidade da explosão solar.

A Maior Frequência Afetada (HAF - Highest Affected Frequency) durante um blecaute de rádio de raios-X durante o meio-dia local é baseada no valor de fluxo de raios-X atual entre 1-8 Ångström. A Maior Frequência Afetada (HAF) pode ser derivada por uma fórmula. Abaixo você encontrará uma tabela onde poderá ver qual é a Maior Frequência Afetada (HAF) durante um fluxo específico de raios-X.

Classe e fluxo de raios-X GOES Maior Frequência Afetada
M1.0 (10-5) 15 MHz
M5.0 (5×10-5) 20 MHz
X1.0 (10-4) 25 MHz
X5.0 (5×10-4) 30 MHz

Escala R

O NOAA usa um sistema de cinco níveis chamado escala R, para indicar a gravidade de um blecaute de rádio relacionado a raios-X. Esta escala varia de R1 para um evento de blecaute de rádio menor a R5 para um evento de blecaute de rádio extremo, com R1 sendo o nível mais baixo e R5 sendo o nível mais alto. Cada nível R tem um certo brilho de raio-X associado a ele. Isso varia de R1 para um fluxo de raios-X de M1 a R5 para um fluxo de raios-X de X20. No Twitter, fornecemos alertas assim que um determinado limite de blecaute de rádio é atingido. Como cada nível de blecaute representa um determinado brilho de raios-X GOES, você pode associar esses alertas diretamente a uma explosão solar que está ocorrendo naquele momento. Podemos definir as seguintes classes de blecaute de rádio:

Escala R Descrição Limiar de raios-X GOES por classe e fluxo Frequência média
R1 Menor M1 (10-5) 2000 por ciclo (950 dias por ciclo)
R2 Moderado M5 (5×10-5) 350 por ciclo (300 dias por ciclo)
R3 Forte X1 (10-4) 175 por ciclo (140 dias por ciclo)
R4 Severo X10 (10-3) 8 por ciclo (8 dias por ciclo)
R5 Extremo X20 (2×10-3) Menor que 1 por ciclo

A imagem abaixo mostra os efeitos de uma explosão solar X1 (R3 forte) no lado iluminado da Terra. Podemos ver que a maior frequência afetada (HAF - Highest Affected Frequency) é cerca de 25 MHz onde o Sol está diretamente acima. As frequências de rádio inferiores ao HAF sofrem uma perda ainda maior.

NOAA SWPC - Produto de absorção da região D. O modelo de previsão de absorção da região D é usado como um guia para entender a degradação de rádio de alta frequência (HF) e as interrupções de comunicação que isso pode causar.

Imagem: NOAA SWPC - Produto de absorção da região D. O modelo de previsão de absorção da região D é usado como um guia para entender a degradação de rádio de alta frequência (HF) e as interrupções de comunicação que isso pode causar.

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