Em 4 de fevereiro de 2022, a SpaceX lançou 49 satélites como parte do projeto de internet Starlink de Elon Musk, a maioria dos quais queimou na atmosfera dias depois. A causa dessa falha de mais de US$ 50 milhões foi uma tempestade geomagnética causada pelo Sol.
As tempestades geomagnéticas ocorrem quando o clima espacial atinge e interage com a Terra. O clima espacial é causado por flutuações dentro do Sol que lançam elétrons, prótons e outras partículas no espaço.
Eu estudo os perigos que o clima espacial representa para os ativos baseados no espaço e como os cientistas podem melhorar os modelos e a previsão do clima espacial para se proteger contra esses perigos.
Quando o clima espacial atinge a Terra, desencadeia muitos processos complicados que podem causar muitos problemas para qualquer coisa em órbita. E engenheiros como eu estão trabalhando para entender melhor esses riscos e defender os satélites contra eles.
O que causa o clima espacial?
O Sol está sempre liberando uma quantidade constante de partículas carregadas no espaço. Isso é chamado de vento solar. O vento solar também carrega consigo o campo magnético solar.
Às vezes, flutuações localizadas no Sol lançam rajadas de partículas extraordinariamente fortes em uma direção específica. Se a Terra estiver no caminho do vento solar aprimorado gerado por um desses eventos e for atingida, você terá uma tempestade geomagnética.
As duas causas mais comuns de tempestades geomagnéticas são ejeções de massa coronal – explosões de plasma da superfície do Sol – e vento solar que escapa através de buracos coronais – pontos de baixa densidade na atmosfera externa do Sol.
A velocidade com que o plasma ejetado ou vento solar chega à Terra é um fator importante – quanto mais rápida a velocidade, mais forte a tempestade geomagnética. Normalmente, o vento solar viaja a cerca de 900.000 mph (1,4 milhão de km/h). Mas fortes eventos solares podem liberar ventos até cinco vezes mais rápidos.
A tempestade geomagnética mais forte já registrada foi causada por uma ejeção de massa coronal em setembro de 1859. Quando a massa de partículas atingiu a Terra, elas causaram surtos elétricos em linhas de telégrafo que chocaram os operadores e, em alguns casos extremos, incendiaram instrumentos de telégrafo.
Pesquisas sugerem que, se uma tempestade geomagnética dessa magnitude atingisse a Terra hoje, causaria cerca de US $ 2 trilhões em danos.
Um escudo magnético
As emissões do Sol, incluindo o vento solar, seriam incrivelmente perigosas para qualquer forma de vida que tivesse o azar de ser exposta diretamente a elas. Felizmente, o campo magnético da Terra faz muito para proteger a humanidade.
A primeira coisa que o vento solar atinge quando se aproxima da Terra é a magnetosfera. Esta região ao redor da atmosfera da Terra é preenchida com plasma feito de elétrons e íons. É dominado pelo forte campo magnético do planeta. Quando o vento solar atinge a magnetosfera, ele transfere massa, energia e momento para essa camada.
A magnetosfera pode absorver a maior parte da energia do nível diário do vento solar. Mas durante fortes tempestades, ele pode ficar sobrecarregado e transferir o excesso de energia para as camadas superiores da atmosfera da Terra perto dos pólos. Esse redirecionamento de energia para os pólos é o que resulta em fantásticos eventos de auroras, mas também causa mudanças na atmosfera superior que podem prejudicar os ativos espaciais.
Perigos para o que está em órbita
Existem algumas maneiras diferentes pelas quais as tempestades geomagnéticas ameaçam os satélites em órbita que servem diariamente às pessoas no solo.
Quando a atmosfera absorve a energia das tempestades magnéticas, ela se aquece e se expande para cima. Essa expansão aumenta significativamente a densidade da termosfera, a camada da atmosfera que se estende de cerca de 80 quilômetros a cerca de 1.000 quilômetros acima da superfície da Terra. Maior densidade significa mais arrasto, o que pode ser um problema para os satélites.
Essa situação é exatamente o que levou ao desaparecimento dos satélites SpaceX Starlink em fevereiro.
Os satélites Starlink são lançados pelos foguetes Falcon 9 em uma órbita de baixa altitude, normalmente entre 100 e 200 km acima da superfície da Terra.
Os satélites então usam motores a bordo para superar lentamente a força de arrasto e se elevar até sua altitude final de aproximadamente 350 milhas (550 km).
O último lote de satélites Starlink encontrou uma tempestade geomagnética ainda em órbita terrestre muito baixa. Seus motores não conseguiram superar o arrasto significativamente aumentado, e os satélites começaram a cair lentamente em direção à Terra e, eventualmente, queimaram na atmosfera.
O arrasto é apenas um perigo que o clima espacial representa para os ativos baseados no espaço.
O aumento significativo de elétrons de alta energia dentro da magnetosfera durante fortes tempestades geomagnéticas significa que mais elétrons penetrarão na blindagem de uma espaçonave e se acumularão em seus componentes eletrônicos. Esse acúmulo de elétrons pode descarregar no que é basicamente um pequeno raio e danificar a eletrônica.
Radiação penetrante ou partículas carregadas na magnetosfera – mesmo durante tempestades geomagnéticas leves – também podem alterar o sinal de saída de dispositivos eletrônicos. Esse fenômeno pode causar erros em qualquer parte do sistema eletrônico de uma espaçonave e, se o erro ocorrer em algo crítico, todo o satélite pode falhar.
Pequenos erros são comuns e geralmente corrigíveis, mas falhas totais, embora raras, acontecem.
Finalmente, as tempestades geomagnéticas podem interromper a capacidade dos satélites de se comunicarem com a Terra usando ondas de rádio. Muitas tecnologias de comunicação, como o GPS, por exemplo, dependem de ondas de rádio. A atmosfera sempre distorce as ondas de rádio em alguma quantidade, então os engenheiros corrigem essa distorção ao construir sistemas de comunicação.
Mas durante tempestades geomagnéticas, mudanças na ionosfera – o equivalente carregado da termosfera que abrange aproximadamente a mesma faixa de altitude – mudarão a forma como as ondas de rádio viajam por ela. As calibrações em vigor para uma atmosfera silenciosa tornam-se erradas durante tempestades geomagnéticas.
Isso, por exemplo, dificulta o bloqueio dos sinais de GPS e pode prejudicar o posicionamento em alguns metros. Para muitas indústrias – aviação, marítima, robótica, transporte, agricultura, militar e outras – erros de posicionamento GPS de alguns metros simplesmente não são sustentáveis. Os sistemas de direção autônomos também exigirão um posicionamento preciso.
Como se proteger do clima espacial
Os satélites são extremamente importantes para o funcionamento de grande parte do mundo moderno, e proteger os ativos espaciais do clima espacial é uma importante área de pesquisa.
Alguns dos riscos podem ser minimizados protegendo os eletrônicos da radiação ou desenvolvendo materiais mais resistentes à radiação. Mas há tanta proteção que pode ser feita em face de uma poderosa tempestade geomagnética.
A capacidade de prever com precisão as tempestades tornaria possível proteger preventivamente os satélites e outros ativos até certo ponto, desligando eletrônicos sensíveis ou reorientando os satélites para serem mais bem protegidos.
Mas, embora a modelagem e a previsão de tempestades geomagnéticas tenham melhorado significativamente nos últimos anos, as projeções geralmente estão erradas.
A Administração Nacional Oceânica e Atmosférica havia alertado que, após uma ejeção de massa coronal, uma tempestade geomagnética provavelmente ocorreria no dia anterior ou no dia do lançamento do Starlink em fevereiro. A missão foi em frente de qualquer maneira.
O Sol é como uma criança que muitas vezes faz birras. É essencial para a vida continuar, mas sua disposição em constante mudança torna as coisas desafiadoras.
Publicado em 07/03/2022 05h13
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