O escudo magnético da Terra

Como a Terra segura o vento do Sol, e o que faz uma tempestade solar

Passo a passo

A Terra é um ímã

O ferro derretido que se agita no núcleo externo da Terra gera um campo magnético. No chão ele é cerca de cem vezes mais fraco que um ímã de geladeira, mas vai longe no espaço. Seus polos ficam a cerca de 9° do eixo em que a Terra gira.

Quase na metade do caminho até o centro da Terra fica o núcleo externo: um oceano de ferro líquido a milhares de graus. O calor que sobe de baixo o mantém em movimento, e a rotação da Terra torce as correntes em espirais. O ferro em movimento carrega correntes elétricas, correntes elétricas criam um campo magnético, e o campo mantém as correntes: um dínamo natural que funciona há bilhões de anos.

As linhas mostram a forma do campo: a agulha de uma bússola se alinha com elas. Elas saem da Terra no hemisfério sul e voltam a entrar perto do norte, então o polo para onde a bússola aponta é, a rigor, um polo sul magnético.

Os polos magnéticos se deslocam, e a cada poucas centenas de milhares de anos, em média, o campo se inverte: norte e sul trocam de lugar. A última inversão foi há cerca de 780 mil anos. A lava registra a direção do campo ao esfriar, então as rochas antigas guardam um diário de cada inversão.

O vento do Sol

A atmosfera externa do Sol, a coroa, é centenas de vezes mais quente que a sua superfície visível, tão quente que a gravidade do Sol não consegue segurá-la. Ela escapa para o espaço em todas as direções como vento solar. Eugene Parker o previu em 1958, e as naves espaciais o confirmaram poucos anos depois.

O vento é plasma: gás tão quente que os seus átomos se partiram em partículas com carga, sobretudo prótons e elétrons. É extremamente rarefeito, só algumas partículas no espaço de um cubo de açúcar, mais vazio que o melhor vácuo feito em laboratório. Mesmo assim, ele nunca para, e leva o campo magnético do Sol por todo o Sistema Solar.

Partículas com carga não conseguem atravessar com facilidade as linhas do campo magnético; em vez disso, giram em espiral em volta delas. Por isso o campo da Terra funciona como um escudo, desviando o vento em volta do planeta. Marte não tem um campo global assim, e ao longo de bilhões de anos o vento solar arrancou boa parte do seu ar.

O escudo

O vento solar viaja mais rápido do que qualquer onda que pudesse correr à frente dele para avisar do obstáculo. Por isso ele não consegue contornar a Terra suavemente: freia de repente e esquenta no choque em arco, como a onda que se forma na frente de um barco em movimento.

Passado o choque, o vento já mais lento flui em volta da magnetopausa, onde o empurrão do vento e o do campo da Terra se equilibram. Essa é a borda da magnetosfera, a bolha magnética da Terra: dentro, quem manda é o campo da Terra; fora, o vento do Sol.

A bolha é achatada do lado voltado para o Sol e bem esticada atrás, como uma biruta. O seu tamanho muda com o vento: quando ele sopra mais forte, a magnetopausa é empurrada para mais perto da Terra. No espaço, as duas fronteiras são invisíveis; aqui elas aparecem como lâminas brilhantes.

Uma cauda além da Lua

No lado noturno, o vento solar arrasta o campo da Terra numa longa cauda, a cauda magnética. Ninguém sabe exatamente o seu comprimento. Naves espaciais a encontraram muito além da Lua, e ela talvez se estenda por mais de 15 vezes a distância até a Lua.

Pelo meio da cauda passa a lâmina de plasma, uma camada de partículas quentes com carga. Acima e abaixo dela, as linhas do campo apontam em sentidos opostos, esticadas como elásticos e acumulando energia do vento solar. Quando elas voltam de repente, essa energia acende as auroras, como mostra uma etapa mais adiante.

A Lua passa cerca de seis dias por mês dentro da cauda, de três dias antes da lua cheia até três dias depois. Lá ela fica protegida do vento solar, e a sonda japonesa Kaguya encontrou oxigênio da alta atmosfera da Terra chegando até ela.

Os cinturões de radiação

Uma partícula com carga gira em espiral em volta de uma linha do campo magnético. Perto dos polos, onde as linhas se juntam e o campo fica mais forte, a espiral se aperta até a partícula dar meia-volta, como se batesse num espelho. Assim ela quica de polo a polo em um segundo ou menos, enquanto se desloca em volta de toda a Terra, e pode ficar presa por anos.

O cinturão interno contém sobretudo prótons de energia enorme e quase não muda. O externo é formado sobretudo por elétrons e muda o tempo todo: uma tempestade solar pode esvaziá-lo ou enchê-lo em poucas horas.

O Explorer 1, o primeiro satélite americano, levava um contador de radiação construído pela equipe de James Van Allen. Lá no alto ele não contava nada, o que não fazia sentido até o Explorer 3 mostrar por quê: a radiação era tão intensa que saturava o contador.

Com o som ligado, você está ouvindo os cinturões: ondas de rádio gravadas pelas sondas Van Allen da NASA. As suas frequências são as mesmas dos sons que ouvimos, então um alto-falante consegue tocá-las diretamente. Ondas como essas aceleram alguns elétrons e jogam outros para baixo, no ar.

Uma tempestade solar

As manchas solares são áreas mais escuras e frias onde o campo magnético do Sol atravessa a sua superfície, embaraçado e torcido. Quando um campo torcido se solta numa forma mais simples, ele libera uma energia enorme: um clarão de luz e raios X chamado erupção solar, e muitas vezes uma nuvem de gás lançada ao espaço com o seu próprio campo magnético, uma ejeção de massa coronal.

A luz da erupção chega à Terra em cerca de oito minutos; uma nuvem leva de um a quatro dias. Telescópios que observam o Sol dão alguns dias de aviso, mas a força real de uma nuvem só aparece quando ela passa por naves posicionadas quatro vezes mais longe que a Lua, menos de uma hora antes de chegar até nós.

Em maio de 2024, o grupo de manchas AR 3664 era mais de 15 vezes mais largo que a Terra, grande o bastante para ser visto sem telescópio, com óculos de eclipse. O Sol estava perto do máximo do seu ciclo de 11 anos, e nos dias 8 e 9 de maio o grupo lançou uma nuvem atrás da outra em direção à Terra.

Espremido

O que mais importa é para onde aponta o campo da própria nuvem. No lado voltado para o Sol, o campo da Terra aponta para o norte. Quando o campo da nuvem aponta para o sul, os dois são opostos e podem se unir, como os polos opostos de dois ímãs que se grudam. O escudo se abre: as linhas do campo da Terra ficam presas ao vento, que as arrasta por cima dos polos até a cauda, despejando energia.

Uma nuvem cujo campo aponta para o norte quase sempre passa de lado, e mesmo uma rápida faz pouco estrago. É por isso que os meteorologistas espaciais só sabem a força de uma tempestade quando a nuvem chega às naves que a esperam.

Auroras boreais e austrais

A energia acumulada na cauda não fica lá. As linhas de campo esticadas voltam de repente em direção à Terra, como uma catapulta, e lançam elétrons ao longo do campo. As linhas descem perto dos polos, então os elétrons atingem o ar lá no alto num anel em volta de cada polo magnético: o oval auroral que você vê brilhar aqui.

Quando um elétron atinge um átomo de oxigênio ou uma molécula de nitrogênio, ele lhe dá energia extra, que volta a sair como luz de uma cor exata, do mesmo jeito que brilha um letreiro de neon. O oxigênio dá verde. Mais acima, onde o ar é mais rarefeito, ele dá vermelho: essa luz vermelha leva quase dois minutos para sair, e mais embaixo uma colisão roubaria a energia antes. O nitrogênio brilha em azul e roxo.

As auroras do norte e do sul brilham ao mesmo tempo, quase como imagens no espelho. Outros planetas com campo magnético também têm auroras: as de Júpiter são maiores que a Terra inteira.

A tempestade de maio de 2024

Foi a tempestade mais forte desde 2003. Auroras foram vistas tão longe dos polos quanto no México, na Índia e na Namíbia, e em junho o satélite CIRBE da NASA achou dois novos cinturões de partículas deixados por ela entre os de Van Allen.

À medida que a tempestade despejava energia, os anéis de luz se estenderam muito em direção ao equador, e milhões de pessoas viram uma aurora pela primeira vez. As câmeras dos celulares captaram mais que os olhos: elas registram vermelhos e rosas fracos que à noite mal enxergamos.

As tempestades espaciais também chegam à nossa tecnologia. As posições do GPS se desviaram, e tratores guiados por satélite saíram das suas fileiras em pleno plantio de primavera na América do Norte. O ar lá no alto, aquecido, inchou e freou os satélites baixos, e milhares deles tiveram de ligar os motores para manter a órbita.

A tempestade também deixou algo novo. Em junho, o CIRBE, um satélite da NASA do tamanho de uma caixa de sapatos, encontrou dois cinturões novos entre os cinturões de Van Allen, um deles com prótons, uma composição nunca vista. O cinturão de elétrons sumiu depois de uns três meses; o outro durou muito mais.

Mesmo assim, não foi a tempestade mais forte já registrada. Em 1859, o Evento Carrington acendeu auroras até nos trópicos e fez os fios do telégrafo soltarem faíscas. Uma tempestade dessas hoje poderia causar muito mais estragos, e é por isso que o Sol é vigiado 24 horas por dia.