No passado dia 3 de fevereiro de 2022, o SpaceX lançou 49 satélites como parte do projeto de internet Starlink. Contudo, uns dias mais tarde, a maioria destes satélites arderam na atmosfera. A causa deste fracasso de mais de 50 milhões de dólares foi uma tempestade geomagnética causada pelo Sol.
A empresa esclareceu que os satélites foram significativamente afetados por uma tempestade geomagnética. Mas é assim fácil estas tempestades destruírem os equipamentos?
As tempestades geomagnéticas ocorrem quando o tempo espacial atinge e interage com a Terra. O tempo espacial é causado por flutuações dentro do Sol que explodem eletrões, protões, e outras partículas no espaço.
Quando o tempo espacial chega à Terra, desencadeia muitos processos complicados que podem causar problemas para qualquer coisa em órbita. E engenheiros trabalham para compreender melhor estes riscos e defender os satélites contra estes eventos.
Este artigo baseia-se no estudo que Piyush Mehta desenvolveu para perceber este fenómeno que destrói os equipamentos em órbita da Terra.
O que causa o tempo espacial?
O Sol está sempre a libertar uma quantidade constante de partículas carregadas para o espaço. A isto chama-se o vento solar. O vento solar também transporta consigo o campo magnético solar.
Por vezes, as flutuações localizadas no Sol lançarão explosões invulgarmente fortes de partículas numa determinada direção. Se a Terra se encontrar no caminho do vento solar reforçado gerado por um destes eventos e for atingida, obtém-se 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 – manchas de baixa densidade na atmosfera exterior do Sol.
A velocidade a que o plasma ou vento solar ejetado chega à Terra é um fator importante – quanto mais rápida for a velocidade, mais forte será a tempestade geomagnética.
Normalmente, o vento solar viaja a cerca de 1,4 milhões de km/h. Mas eventos solares fortes podem libertar ventos até cinco vezes mais rápidos.
A tempestade geomagnética mais forte de que há registo foi causada por uma ejeção de massa coronal em setembro de 1859.
Quando a massa de partículas atingiu a Terra, causaram surtos elétricos em linhas telegráficas que chocaram os operadores e, em alguns casos extremos, incendiaram os instrumentos telegráficos.
Segundo a investigação, se uma tempestade geomagnética desta magnitude atingisse hoje a Terra, causaria cerca de 2 biliões de dólares em danos.
A Terra e o seu escudo magnético
As emissões provenientes do Sol, incluindo o vento solar, seriam incrivelmente perigosas para qualquer forma de vida com o azar de estar diretamente exposta 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 em redor da atmosfera terrestre está cheia de plasma feito de eletrões e iões. É dominada pelo forte campo magnético do planeta.
Quando o vento solar atinge a magnetosfera, ele transfere massa, energia e impulso para esta camada.
A magnetosfera pode absorver a maior parte da energia do nível diário do vento solar. Mas durante tempestades fortes, pode ficar sobrecarregada e transferir o excesso de energia para as camadas superiores da atmosfera da Terra, perto dos polos.
Este redirecionamento de energia para os polos é o que resulta em fantásticos eventos de aurora, mas também causa alterações na atmosfera superior que podem prejudicar os recursos espaciais.
Perigos para o que está em órbita
Há algumas formas diferentes de tempestades geomagnéticas ameaçarem os satélites em órbita que servem diariamente as pessoas aqui na Terra.
Quando a atmosfera absorve energia de tempestades magnéticas, aquece e expande-se para cima. Esta expansão aumenta significativamente a densidade da termosfera, a camada da atmosfera que se estende de cerca de 80 quilómetros a cerca de 1.000 km acima da superfície da Terra.
Maior densidade significa mais arrastamento, o que pode ser um problema para os satélites. Esta situação foi exatamente o que levou ao desaparecimento dos satélites da Starlink em fevereiro.
Os satélites Starlink são lançados pelos Falcon 9 para uma órbita de baixa altitude, tipicamente algures entre 100 e 200 km acima da superfície da Terra.
Os satélites utilizam então motores de bordo para ultrapassar lentamente a força de arrastamento e elevarem-se à sua altitude final de aproximadamente 550 km.
Starlink sofreu baixas consideráveis
O último lote de satélites Starlink encontrou uma tempestade geomagnética enquanto ainda em órbita terrestre muito baixa. Os seus motores não conseguiram ultrapassar o aumento significativo do arrastamento, e os satélites começaram a cair lentamente em direção à Terra e acabaram por arder na atmosfera.
O arrastamento é apenas um perigo que o tempo espacial representa para os bens espaciais.
O aumento significativo de eletrões de alta energia dentro da magnetosfera durante fortes tempestades geomagnéticas significa que mais eletrões penetrarão na blindagem de uma nave espacial e acumular-se-ão dentro da sua eletrónica. Esta acumulação de eletrões pode descarregar no que é basicamente uma pequena trovoada e danificar a eletrónica.
A radiação penetrante ou partículas carregadas na magnetosfera – mesmo durante tempestades geomagnéticas suaves – pode também alterar o sinal de saída dos dispositivos eletrónicos. Este fenómeno pode causar erros em qualquer parte do sistema eletrónico de uma nave espacial, e se o erro ocorrer em algo crítico, o satélite inteiro pode falhar.
Pequenos erros são comuns e normalmente reparáveis, mas falhas totais, embora raras, acontecem.
Mas durante as tempestades geomagnéticas, as alterações na ionosfera – o equivalente carregado da termosfera que abrange aproximadamente o mesmo intervalo de altitude – irão alterar a forma como as ondas de rádio viajam através dela.
As calibrações em vigor para uma atmosfera silenciosa tornam-se erradas durante as tempestades geomagnéticas.
Isto, por exemplo, dificulta o bloqueio dos sinais GPS e pode desviar o posicionamento em poucos metros. Para muitas indústrias – aviação, marítima, robótica, transportes, agricultura, militar, e outras – os erros de posicionamento GPS de alguns metros são simplesmente insustentáveis.
Os sistemas de condução autónomos exigirão também um posicionamento preciso.
Então… como se pode proteger a Terra e a sua órbita do tempo espacial?
Os satélites são criticamente importantes para o funcionamento de grande parte do mundo moderno, e proteger os bens espaciais do tempo espacial é uma importante área de investigação.
Alguns dos riscos podem ser minimizados protegendo a eletrónica da radiação ou desenvolvendo materiais mais resistentes à radiação. Mas há apenas tanta blindagem que pode ser feita face a uma poderosa tempestade geomagnética.
A capacidade de prever com precisão as tempestades tornaria possível salvaguardar preventivamente os satélites e outros bens, até certo ponto, desligando a eletrónica sensível ou reorientando os satélites para serem mais bem protegidos.
O Sol é como uma criança que frequentemente faz birras. É essencial para que a vida continue, mas a sua disposição sempre em mudança torna as coisas desafiantes.