Tempestades Geomagnéticas e as Auroas

Nos últimos dias (10, 11 e 12 de maio de 2024), a Terra foi atingida por uma estrutura solar que causou a maior tempestade geomagnética dos últimos 20 anos, ou seja, dos últimos dois ciclos solares. A Figura abaixo mostra o índice planetário Kp, que é amplamente utilizado, pela comunidade científica, para quantificar a intensidade das perturbações do campo magnético da Terra, causadas por estruturas solares.

Uma tempestade moderada ocorre quando Kp ultrapassa o valor 3, e é intensa quando ultrapassa 6. Nessa tempestade o índice Kp atingiu o maior valor possível, chegando a 9, e ficou entre 8 e 9 por aproximadamente 30 hora, pois cada uma das barras do gráfico compreende um período de 3h.

FONTE: https://kp.gfz-potsdam.de/en/

Um dos principais efeitos observados na Terra, por causa de estruturas solares e tempestades geomagnéticas, são as Auroras Boreais e Austrais, que geralmente ficam restritas nas regiões polares Norte e Sul, respectivamente. No entanto, nessa tempestade foi possível observar Auroras em Portugal, na Itália e na Austrália. Houve relatos de que foi possível observar aurora no sul do Brasil, na cidade de Chuí, no extremo sul do estado do Rio Grande do Sul, na fronteira com o Uruguai.

Mas por que é que as auroras só podem ser observadas nas regiões polares?

Na figura esquemática abaixo, que está obviamente fora de escala, é possível mostrar que o vento solar (fluxo de partículas emitido continuamente pelo Sol), representado pelas linhas amarelas, não entra na magnetosfera da Terra, pois nosso campo magnético age como escudo e o vento solar escoa entorno da Terra, achatando o campo magnético da Terra no lado de frente para o Sol e expande esse campo no lado noturno.

Como o campo magnético terrestre é predominantemente bipolar, tendo seus polos magnéticos muito próximos aos polos geográficos. Nesses polos geomagnéticos, o campo é predominantemente vertical, ao contrário da região equatorial que possui campo predominantemente horizontal, e portanto as partículas do vento solar podem entrem com maior facilidade em um campo vertical, e com muita dificuldade no campo horizontal (para os físicos que eventualmente irão ler, a Força responsável por isso é a Força de Lorentz F = q(v x B)). Com isso, as partículas do vento solar podem atingir a atmosfera da Terra, e por causa da sua energia, elas interagem com as moléculas da atmosfera, tornando-as energeticamente excitadas. Quando as moléculas e átomos da atmosfera voltam para seus estados fundamentais de energia, eles emitem Luz, e essa luz é visível na superfície formando as Auroras. Quando há uma tempestade geomagnética, como essa que ocorreu, o campo magnético da Terra de "abre" permitindo a entrada de uma grande quantidade de partículas do vento solar, e, portanto a região onde ocorre as Auroras de expande, não ficando restritas somente nas regiões polares.

FONTE: https://spaceplace.nasa.gov/aurora/en/

Outra questão muito interessante são as diferentes cores das Auroras, que estão diretamente ligadas à dois fatores: energia das partículas que entram na Atmosfera e ao elemento predominante na altitude onde há interação da partícula do vento solar com o elemento da atmosfera.

Na figura abaixo, feita pela Agência Espacial Canadense, é possível entender que as Auroras Vermelhas são as mais altas, ocorrem devido à excitação do Oxigênio Atômico acima de aproximadamente 240 km de altitude. As Auroras Verdes também são causadas pelo Oxigênio Atômico excitado em altitdes entre 100km e 240km, portanto em regiões de maios densidade de Oxigênio, e por causa dessa maior densidade e menor altitude, as partículas incidentes devem ter uma maior energia. Já as Auroras Lilás, que ocorre entre 90 e 100km de altitude, e Azuis, que ocorrem abaixo de 90km, são as mais raras e estão associadas a tempestades geomagnéticas intensas, e são causadas pela presença de Nitrogênio Molecular.

A Natureza é simplesmente espetacular e nos proporciona fenômenos fantásticos!