6 de setembro de 2019

Sol e Terra: um relacionamento de vida e morte - Parte II

Por Marco Gonzalez

Visto daqui da Terra, o Sol parece uma estrela média bastante estável, com variações regulares através de um ciclo de manchas solares que aparecem e desaparecem a cada onze anos. Estudado do espaço, o Sol revela outros fenômenos, como a luz ultravioleta, os raios X e os raios gama, radiações muito sensíveis às erupções e a outras atividades solares. Visto mais de perto, percebe-se que o Sol é um lugar de violentos distúrbios, com movimentos imprevisíveis acima e abaixo de sua superfície visível. Além disto, séries e registros históricos têm revelado que o Sol se comportou no passado de modos estranhos e inexplicáveis. São verdades que podem abalar um relacionamento.

Ilustração de eventos do Sol alterando as condições no espaço próximo à Terra (Crédito: NASA)

Alguns fenômenos solares e seus efeitos

Calor, luz e energia

temperatura na superfície da Terra, que propicia a existência de água líquida, foi um dos principais fatores que tornou a vida possível desde 3,8 bilhões de anos atrás. Isto devemos ao Sol. Sua energia aquece enormes massas de ar que compõem os sistemas climáticos da Terra em escalas grandes e pequenas. Os ciclos dia-noite e verão-inverno têm causas e efeitos óbvios e assim vamos vivendo.

Mas nem tudo é perfeito, a atmosfera terrestre reage fortemente à atividade solar em altas altitudes, como na camada de ozônio e na ionosfera, quando sob os efeitos da luz ultravioleta e dos raios X.

Estima-se que, no Sol, em apenas um segundo sejam fundidas 600 milhões de toneladas de hidrogênio e sejam convertidas em energia 4 milhões de toneladas de matéria liberando 3,86 x 1026 joules de energia. Parte desta energia chega a Terra em quantidade suficiente para depositar em cada metro quadrado da superfície terrestre uma potência (joule/segundo) de 1400 watts.

Além disto, o clima da Terra parece ser afetado à medida que o campo magnético interplanetário espiralado gira em torno do nosso planeta. E se sabe, embora não se explique, que a quantidade de energia presente nos fenômenos climáticos excede em muito a energia que aparentemente está disponível a partir das variações na atividade solar. Ou seja, deve haver um mecanismo amplificador, ainda desconhecido, pelo qual as variações magnéticas acionam as mudanças no clima do nosso planeta.

Também é necessário considerar que outros fatores não relacionados ao Sol, como erupções vulcânicas e queima de carvão e petróleo, também afetam a quantidade de calor absorvida pela atmosfera, tornando complexo o entendimento de causas e efeitos. De qualquer forma, ainda não se tem uma ideia precisa das variações na produção de calor e luz radiante do Sol, já que as medições na superfície da Terra não são confiáveis e as medições a partir do espaço ainda não têm registro histórico suficiente.

A Parker Solar Probe da NASA, liderada pelo Jet Propulsion Laboratory e lançada em 2018, foi projetada para orbitar ao redor do Sol passando através de sua coroa (fonte: JPL). 
Ela transmitiu recentemente a primeira leva de dados coletados.

Fizemos muitos progressos no uso de observações do espaço para descobrir as propriedades básicas do Sol, mas apenas começamos a ver o Sol como ele realmente é. Por exemplo, ainda não temos uma teoria adequada para explicar o período do ciclo das manchas solares. A partir de novas tecnologias, como medições simultâneas a partir de distintas espaçonaves e laboratórios orbitais, teremos mais dados a analisar.

Entretanto, apesar dos poucos dados, com o tempo, a aparente presença amiga do Sol aos poucos foi sendo desmascarada. Percebemos, por exemplo, que as explosões solares eram frequentemente seguidas por exibições brilhantes de auroras (boreal e a austral) na atmosfera da Terra e por perturbações no campo magnético do nosso planeta. Os geofísicos frequentemente encontravam distúrbios no campo magnético da Terra que não coincidiam com as explosões solares, mas que se repetiam em intervalos que coincidiam com o período de rotação do Sol em seu eixo. Como em todo estudo científico, cada detalhe só faz sentido quando se sabe o sentido de cada detalhe.

O vento solar

Em 1957, foi demonstrado que a coroa solar, com sua temperatura de 2.000.000ºC, não podia ser estática. Tamanho calor faz com que o gás contido nela evapore constantemente do Sol em velocidade supersônica.

Assim foi descoberto o chamado vento solar que é continuamente soprado e que passa pela Terra com velocidade de várias centenas de km/s e com uma densidade de cerca de 10 átomos/cm3. Sua existência explica inclusive o comportamento de certas caudas de cometas, que agem como se estivessem sob o efeito de um vento eletrificado.

Ilustração do vento solar moldando a magnetosfera da Terra com tempestades magnéticas se aproximando (fonte: NASA)

Verificou-se que o vento solar está associado ao campo magnético interplanetário originado no Sol com um padrão em espiral comandado pela rotação dele. Para tornar o processo mais complexo, os campos magnéticos que se originam no hemisfério norte do Sol apontam em uma direção enquanto os campos originários no hemisfério sul apontam na direção oposta.

magnetosfera terrestre tem suas regiões extremas moldadas pelo vento solar assumindo o formato de uma lágrima ou de uma gota. A cabeça desta gota se estende por 65.000 quilômetros "contra o vento" em direção ao Sol e sua cauda se afasta do Sol, indo além da órbita da Lua, estendendo-se por mais de 600.000 quilômetros.

Fica fácil constatar que há uma luta constante entre o campo magnético da Terra e as forças do mal, digo, do Sol. No encontro do vento solar com a magnetosfera terrestre, forma-se uma onda de choque, análoga ao estrondo sônico que precede um avião supersônico. A centenas de quilômetros acima da atmosfera terrestre, no limite com o vento solar, há dois cinturões de partículas atômicas carregadas energeticamente.

vento solar é, portanto, um fluxo de gás eletricamente carregado que sai do Sol em todas as direções. Estas correntes elétricas geram um campo magnético que alcança todo o sistema solar com partículas e radiação. As superfícies planetárias são afetadas a menos que sejam protegidas por uma atmosfera, um campo magnético ou ambos, o que felizmente é o caso da Terra.

Ejeções de Massa Coronal

As ejeções de massa coronal são grandes expulsões de plasma e campo magnético da coroa solar que podem liberar bilhões de toneladas de material coronal com um potente campo magnético incorporado. Viajam a velocidades de 250 a 3.000 km/s. As mais lentas levam dias para chegar à Terra, as mais velozes chegam em 15 a 18 horas. Elas se expandem ao se propagarem, podendo atingir um tamanho correspondente a um quarto do espaço entre a Terra e o Sol, quando chegam ao nosso planeta. Essas ejeções, quando viajam mais rapidamente que o vento solar, causam uma onda de choque que pode acelerar as partículas carregadas aumentando a intensidade das tempestades de radiação.

Imagem que captura 4 minutos de erupções de gás ionizado do Sol atingindo a Terra a partir de uma ejeção de massa coronal (fonte: NASA)
As linhas do campo magnético próximas à Terra conectam o polo Norte (cor laranja) e o polo Sul (cor azul).

campo magnético do Sol desempenha um papel importante nas ejeções de massa coronal. Como o Sol é um fluido, a turbulência tende a causar contorções complexas no seu campo magnético, quebrando-o e potencializando a expulsão de grandes quantidades de plasma.

Tempestades geomagnéticas

Uma tempestade geomagnética é uma grande perturbação da magnetosfera terrestre. Ela acontece quando a energia do vento solar alcança o ambiente espacial ao redor da Terra causando grandes alterações nas correntes, plasmas e campos na magnetosfera da Terra. Essas tempestades encontram condições adequadas quando o vento solar mantem por horas sua alta velocidade e, principalmente, quando está voltado para o sul, sentido oposto à direção do campo magnético da Terra.

As maiores tempestades geomagnéticas estão associadas às ejeções de massa coronal solar. Durante as tempestades, as correntes na ionosfera, bem como as partículas energéticas que precipitam na ionosfera, adicionam energia na forma de calor que pode aumentar a densidade e a distribuição da densidade na atmosfera superior da Terra. Embora sejam criadas belas auroras, elas também podem atrapalhar sistemas de navegação e criar correntes induzidas geomagnéticas prejudiciais às redes elétricas.

O início e o fim de um relacionamento

O surgimento da vida na Terra

Embora o Sol não seja um lugar adequado à vida, vimos que ele tornou possível o surgimento dela na Terra, fornecendo calor e energia úteis para formar a base de muitas cadeias alimentares. Qualquer relacionamento se sentiria fortalecido com este início promissor.

Mas a situação não era nada fácil. Recém criada, a Terra era extremamente quente e não havia oxigênio. Meteoritos e asteroides massivos chocavam-se frequentemente contra a sua superfície aquecendo-a ainda mais. A Terra começou a derreter, alguns elementos evaporaram, o material mais pesado afundou e o mais leve subiu à superfície, construindo a estrutura do nosso planeta com núcleo, manto, crosta e atmosfera.

Construindo o Planeta Terra (fonte: World D e NatGeoTV)

Os primeiros micróbios consumiam gás hidrogênio, evoluíam para procariontes e se adaptavam encontrando na luz do Sol a energia de que necessitavam. Surgiu a fotossíntese e a atmosfera foi inundada por oxigênio. Formou-se uma camada protetora que ajudou a resfriar a Terra. Às vezes a temperatura caía drasticamente e nosso planeta se cobria com gelo. Mas a vida proliferou e à medida que os níveis de oxigênio se elevaram e as placas tectônicas se moveram houve mais diversidade de seres vivos. Bem recentemente, surgiram até mesmo os seres vivos humanos.

O fim da vida na Terra e o dela própria

Mesmo que ou apesar de estar carregada de seres vivos e até de seres vivos humanos, a Terra pode ter seu fim através de:

  • um apocalipse vulcânico (prazo: até 100 milhões de anos?) ou 
  • a queda de um asteroide (prazo: 450 milhões de anos?) ou
  • a interrupção no giro do núcleo do nosso planeta, causando o desligamento do campo magnético terrestre (prazo: 3 ou 4 bilhões de anos?) ou
  • uma explosão de raios gama, a partir da colisão de duas estrelas quaisquer, gerando intensas ondas de radiação (prazo: 500 mil anos?) ou
  • a colisão com a Terra de alguma estrela errante em rota através do nosso Sistema Solar (prazo: alguns milhões de anos?) ou
  • uma ameaça interna, como descontrole da fotossíntese, produção excessiva de dióxido de carbono ou outras ameaças do gênero (prazo: 500 milhões de anos?) ou...

Bem, se nada disto acontecer a tempo, a Terra poderá ter seu fim ao ser destruída por alguém com quem tem um longo relacionamento: o Sol. Acontece que a cada bilhão de anos, ao queimar hidrogênio, o Sol fica 10% mais brilhante, o que não é nada bom para a Terra. Estima-se, inclusive, que em 3,5 bilhões de anos, o Sol será 40% mais brilhante e, inapelavelmente, os oceanos da Terra irão ferver e as calotas polares irão derreter. Nenhum relacionamento resiste quando uma parte é muito mais brilhante que a outra.

Assim, em 4 ou 5 bilhões de anos, após ser queimado todo hidrogênio, restando apenas hélio no núcleo do Sol, ele irá colapsar sobre si mesmo. Neste processo também é liberada energia pelo aumento de pressão e, na sequência, esta energia fará com que o Sol se expanda. Levará mais 5 milhões de anos para se transformar em uma estrela gigante vermelha. Mercúrio, Vênus e, provavelmente, a Terra serão engolidos neste processo.

Posteriormente, quando todo o hélio se transformar em carbono e oxigênio, não havendo mais energia radiante, o Sol irá encolher. Será, então, transformado em uma estrela anã branca em aproximadamente 6,5 bilhões de anos.

O sombrio futuro do Sol (fonte: Mensageiro Sideral)

À Terra, portanto, restará duas opções:
  • ou escapa do Sol devido à sua gravidade enfraquecida e congela (esta é a opção menos provável)
  • ou é consumida pelo Sol ao ser engolida em sua expansão. 
A boa notícia são os prazos. Quando o Sol aumentar muito seu brilho e bem antes de os oceanos ferverem, aqueles seres vivos humanos anteriormente citados, se forem espertos e quiserem sobreviver, já deverão estar bem longe da Terra.

A má notícia é que, para que os tais seres vivos humanos tenham sucesso, terão que pensar em si como espécie e não como indivíduos.



Este artigo é a segunda parte de:

Sol e Terra: um relacionamento de vida e morte - Parte I

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