O interior de uma tempestade solar

Uma ejeção de massa coronal ocorrida em 20 de janeiro de 2005 produziu uma enorme quantidade de partículas solares, que aparecem como faíscas de estática brancas nesta imagem do Observatório Solar e Heliosférico da ESA/NASA. Situado mais próximo da Terra, ele criou uma tempestade solar com uma incomum combinação de efeitos fortes e fracos.

Uma tempestade espacial causada pelo Sol atingiu nosso planeta em 21 de janeiro de 2005. O  evento iniciou-se em 20 de janeiro, quando uma nuvem de matéria solar, uma ejeção de massa coronal, ou CME, irrompeu do Sol e veio em direção à Terra. Ao chegar a nosso planeta, a corrente de anel e os aneis de radição no entorno da Terra incharam devido a essas partículas extras, e a aurora durou seis horas. Esses dois fatores são normalmente sinais de tempestades muito grandes – e, de fato, esta foi um dos maiores jorros de prótons solares já monitorados vindos do Sol. mas a tempestade pouco afetou os campos magnéticos que circundam a Terra – perturbações nesses campos podem afetar redes de distribuição de energia,  um potencial efeito climático espacial atentamente vigiado por uma sociedade tão dependente de eletricidade.

Os pesquisadores reuniram dados de uam espaçonave que orbita a ionosfera terrestre, que se estende por até 600 milhas acima da superfície do planeta, e satélites acima disso, orbitando através do coração do ambiente magnético da Terra, a magnetosfera. A grande quantidade de dados foi então incorporada em uma variedade de modelos desenvolvidos no Centro de Modelagem do Ambiente Espacial da Universidade de Michigan, que estão abrigados na no Centro Comunitário de Modelagem Coordenada do Centro Goddard de Voos Espaciais em Greenbelt, Maryland, EUA, uma instalação dedicada a fornecer amplo acesso a modelos de clima espaciais.

Com os modelos em mãos, a equipe pôde montar a história dessa tempestade colar em particular. Ela começou com uma CME em 20 de janeiro de 2005. A Agência Espacial Europeia e o Observatório Solar e Heliosférico da NASA, ou SOHO, captaram imagens da CME. At their simplest, CMEs se parecem com bolhas magnéticas com matéria ao redor do exterior. Neste caso, havia uma linha adicional de matéria solar mais fria e densa – um gás eletricamente carregado chamado plasma – que no interior é chamado filamento solar. 

Filamentos solares são fitas de plasma denso apoiadas pela atmosfera externa do sol – a corona — através de fortes campos magneticos. O material dos filamentos é 100 vezes mais denso e frio do que a atmosfera ao redor. Quando os campos magnéticos de apoio irrompem, os filamentos são alcançados pela liberação  explosiva que forma a CME. 

Apesar das observações de que a maioria das erupções como essa envolvem filamentos solares, estes raramente são identificados em perturbações que atingem a Terra. O porquê disso é um mistério – mas significa que a presença do filamento solar nesse evento em particular é uma visão rara.

Observações subsequentes da CME mostraram que ela era especialmente rápida, com uma velocidade máxima de cerca de 1.800 milhas por segundo, antes de baixar para 600 milhas por segundo ao aproximar-se da Terra. Não se sabe ao certo quantas CMEs têm filamentos, nem como a geometria deles se modifica à medida que se aproximam da Terra. Neste caso, entretanto, parece que o denso filamento seguiu adiante, além da extremidade primcipal da CME, então, quando se chocou com a magnetosfera, ele lançou uma dose extra grande de partículas energéticas ao espaço próximo à Terra.

O que aconteceu em seguida foi observado por uma frota de satélites de observação científica em órbita da Terra, inclusive as missões IMAGE, FAST e TIMED da NASA, o Cluster, da ESA  a NASA, o Geotail, também de ambas, O  Double Star-1 da China e ESA; outras espaçonaves 1 milhão de milhas mais próximas do Sol, inclusive a SOHO e o Advanced Composition Explorer da NASA, e várias outras espaçonaves; além da rede de radares SuperDARN, baseadas no solo, apoiada pela Fundação Nacional de Ciência. 

Uma hora depois do impacto, uma fria e densa nuvem de plasma se formou a partir do material do filamento. Porções de matéria de alta densidade continuaram movendo-se através da magnetosfera durante todo o período de seis horas da passagem do filamento.

Apesar da intensa quantidade de plasma transportada pela CME, ela ainda caria de um componente fundamental para uma supertempestade. Os campos magnéticos embutidos nesta CME geralmente apontavam para a direção do polo norte da Terra, assim como o fazem os campos magnéticos da Terra. Essa disposição causa muito menos interrupções nos sistema do nosso planeta do que quando os campos da CME apontam para o sul. Quando apontam para o sul, os campos da CME se chocam com o da Terra, o que os atiram de volta e acabam com as perturbações magnéticas que cascateiam através da magnetosfera.

Foi a orientação do campo magnético que manteve essa tempestade solar em níveis baixos. Por outro lado, o material solar extra do filamento catalizou auroras de longa duração sobre os polos e aumentou os cinturões cheios de partículas ao redor da Terra, algo característico de tempestades maiores.