Atualização: 17/05/2023
O relacionamento entre o Sol e a Terra é muito antigo. Conhecendo-se cada um dos dois e o que se passa entre eles, constata-se que pode ser um caso de vida e morte. Ou não?
Esta bola de gases incandescentes, cuja gravidade mantém o Sistema Solar unido, inclui em sua órbita desde grandes planetas até pequenas partículas de detritos. O Sol é composto, em volume, por 91% de hidrogênio e 8,9% de hélio e, em massa, por 70,6% de hidrogênio e 27,4% de hélio. Com raio de 695.508 km, tem 332.946 vezes a massa da Terra e 1,3 milhão de vezes seu volume.
O Sol orbita o centro da Via Láctea e, com velocidade média de 720.000 km/h, leva cerca de 230 milhões de anos para dar uma volta completa nesta órbita. Carrega consigo seus planetas, além de outros objetos do espaço que estão em seu domínio de gravidade. Completa uma volta ao redor de si mesmo em 25 dias terrestres na altura da linha do equador solar e em 36 dias terrestres na região dos polos.
A tênue cromosfera e a coroa formam a fina atmosfera solar. A temperatura desta região, que havia diminuído na fotosfera, aumenta com a altitude, chegando novamente a 2.000.000ºC. É nesta atmosfera que ocorrem as manchas solares e as erupções. Elas são de difícil visualização contra a brilhante fotosfera, a não ser nos momentos de eclipse solar total.
A radiação da fotosfera chega à Terra rapidamente, em cerca de oito minutos, mantendo "aceso" o relacionamento entre ela e o Sol. Quando chega ao nosso planeta, encontra-o envolvido por uma atmosfera constituída por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases. A atmosfera da Terra é constituída por seis camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera, termosfera e exosfera.
A Terra dista 150 milhões de km do Sol e, assim como os demais planetas do Sistema Solar, ela está se afastando dele. No início da sua formação, a Terra estava 50.000 km mais próxima do Sol. O afastamento da Terra (~1,5 cm/ano) acontece pela diminuição da força gravitacional do Sol principalmente devido a sua perda de ~4,7 milhões de t/ano de matéria. Em 4,5 bilhões de anos, ele já perdeu 0,03% de sua massa original. Há outras causas para este afastamento, como a curvatura adicional do espaço-tempo devido à Relatividade Geral, a presença de partículas de matéria no plano do Sistema Solar e a criação de ondas gravitacionais.
O Sol com a ejeção de massa coronal de 31/08/2012 em foto captura pelo Solar Dynamics Observatory, instalado em satélite do programa "Living With a Star" da NASA (Crédito: NASA Goddard Space Flight Center). A Terra, que talvez tenha passado desapercebida, encontra-se no canto inferior esquerdo da imagem, em montagem com tamanho em escala, mas, para aparecer na foto, a uma distância do Sol aproximadamente 320 vezes menor que a real.
Introdução
O relacionamento entre o Sol e a Terra começou há ~4,5 bilhões de anos quando o Sistema Solar nasceu do colapso da Nebulosa Solar. Quase todos os fragmentos desta nebulosa foram arrastados para o seu centro formando o Sol e o material que restou foi usado para formar principalmente os planetas, como a Terra.
Tendo sido formados da mesma nuvem de poeira e gás, Sol e Terra são constituídos por praticamente os mesmos componentes, com uma pequena e importante diferença: a Terra tem menor quantidade de elementos voláteis que evaporam a altas temperaturas. De qualquer forma, parece ter sido um bom começo com bons indícios de um relacionamento duradouro.
... até recentemente, acreditava-se que o Sol nos enviava apenas calor e luz e isto nos confortava, entretanto, aos poucos outras radiações e materiais corpusculares enviados pelo Sol foram sendo descobertos. Será que estas descobertas justificariam acreditar em um relacionamento de vida e morte entre o Sol e a Terra?
O relacionamento entre o Sol e a Terra começou há ~4,5 bilhões de anos quando o Sistema Solar nasceu do colapso da Nebulosa Solar. Quase todos os fragmentos desta nebulosa foram arrastados para o seu centro formando o Sol e o material que restou foi usado para formar principalmente os planetas, como a Terra.
| Sistema Solar: conjunto que inclui uma estrela (o Sol) e toda a matéria que a orbita, incluindo planetas, luas, asteroides, cometas e outros objetos. Nebulosa: nuvem de poeira ou gás encontrada entre as estrelas. Nebulosa Solar: nebulosa que, por rotação, entrou em colapso devido à sua gravidade esmagadora, achatando-se na forma de um disco e produzindo o Sistema Solar. |
As aparências parecem sugerir que Sol e Terra têm uma relação harmoniosa, pois a energia que vem do Sol aquece a Terra, impedindo-a de congelar. Nossa atmosfera retém a energia solar na forma de calor e são mantidas temperaturas razoavelmente confortáveis em boa parte do planeta. São as conexões e interações entre o Sol e a Terra que determinam no nosso planeta as estações climáticas, além das correntes oceânicas, dos cinturões de radiação e das auroras, porém...
| Radiação: energia que se move na forma de partículas ou ondas, como o calor, a luz, as ondas de rádio e as micro-ondas. Cinturão de radiação: região dinâmica com concentração de elétrons e prótons energizados que cerca a Terra no espaço com altos níveis de radiação. Há um interno e outro externo. Cinturão de radiação interno (ou cinturão de radiação van Allen): descoberto pelo físico norte-americano James Alfred Van Allen (1914-2006), ocupa uma região compacta acima do equador e é um subproduto da radiação cósmica. Cinturão de radiação externo: parte do plasma preso na magnetosfera. Plasma: "sopa" de átomos ionizados, ou seja, composto de íons carregados. Ionização: processo de subtração ou adição de elétrons, fazendo com que um gás de átomos (ou moléculas) anteriormente neutros seja transformado em plasma. |
O Sol
Esta bola de gases incandescentes, cuja gravidade mantém o Sistema Solar unido, inclui em sua órbita desde grandes planetas até pequenas partículas de detritos. O Sol é composto, em volume, por 91% de hidrogênio e 8,9% de hélio e, em massa, por 70,6% de hidrogênio e 27,4% de hélio. Com raio de 695.508 km, tem 332.946 vezes a massa da Terra e 1,3 milhão de vezes seu volume.
| Sol: estrela anã amarela com ~99,86% de toda a massa do sistema solar. É a estrela mais próxima da Terra, da qual dista em média 149.599.000 km. Embora sua cor seja branca, parece amarelo por causa da atmosfera terrestre. Estrela anã: estrela de tamanho médio, chamada assim em comparação com as estrelas gigantes. As ditas anãs são, porém, maiores que a maioria das estrelas da nossa galáxia. Anã amarela: estrela da chamada sequência principal. Produz energia convertendo hidrogênio em hélio por meio da fusão nuclear em seu núcleo. Sua cor varia do branco ao amarelo. A maioria das estrelas da nossa galáxia são anãs vermelhas ou laranjas, que são menores e mais frias que o Sol. |
| Galáxia: coleção de milhares a bilhões de estrelas unidas por gravidade. Via Láctea: galáxia onde está o Sistema Solar, localizado em um dos braços espirais, cerca de 25.000 anos luz longe do centro. Seu nome tem origem em um mito grego que conta que a deusa Hera espalhou leite pelo céu. Outros nomes da Via Láctea: São muitos, como "Milky Way" ("Caminho Leitoso") nos países de língua inglesa, "银河" ("Rio de Prata") na China e "Milchstrasse" ("Estrada de Leite") na Alemanha. Os gregos antigos chamavam nosso sistema estelar de "galaxias kyklos" ("ciclo leitoso"), "Galáxia" vem do grego "galas" ("leite"). |
A Terra
A Terra é o único lugar no Sistema Solar com água líquida na superfície e o único que conhecemos no Universo, até agora, que é habitável por seres vivos.
A Terra é o único lugar no Sistema Solar com água líquida na superfície e o único que conhecemos no Universo, até agora, que é habitável por seres vivos.
| Terra: planeta do Sistema Solar, sendo o 3º mais próximo do Sol, o 5º em tamanho e o maior dos quatro planetas mais próximos do Sol, todos constituídos por rocha e metal. |
A Terra, com um raio de 6.371 km, completa uma rotação em torno de si a cada 23,9 horas e realiza órbita completa ao redor do Sol a cada 365,25 dias. Seu eixo de rotação tem uma inclinação de 23,4 graus em relação ao plano da sua órbita, fazendo com que tenhamos o ciclo anual de estações. Neste ciclo, cada um dos hemisférios fica voltado em direção ao Sol em parte do ano recebendo mais calor. Seu único satélite natural, a Lua, girando em sua órbita, estabiliza a oscilação da Terra e faz com que o clima apresente menos variações ao longo do tempo.
A órbita da Terra (em azul) em volta do Sol (em amarelo) e as estações climáticas (Adaptado de: Caliver)
As estações climáticas se alternam na Terra devido à inclinação do seu eixo de rotação, que afeta a insolação.
| Insolação: quantidade de luz solar recebida diretamente. Quanto mais perpendiculares estão os raios do Sol em relação à superfície terrestre, mais eficiente será o aquecimento produzido, sendo máximo no solstício de verão e mínimo no solstício de inverno em cada hemisfério. Solstício de verão: ocorre quando é máxima a inclinação do eixo de rotação da Terra em direção ao Sol. Neste período, temos o dia mais longo do ano e a noite mais curta. O contrário acontece no solstício de inverno. Solstício de inverno: ocorre quando é máxima a inclinação do eixo da Terra em direção contrária ao Sol. Equinócio: momento em que o dia e a noite têm a mesma duração. Periélio: ponto da órbita elíptica terrestre mais próximo do Sol. Afélio: ponto da órbita elíptica terrestre mais afastado do Sol. |
Estruturas
O Sol é subdividido em seis regiões, do interior para o exterior: núcleo, zona radioativa, zona convectiva, fotosfera, cromosfera e coroa.
A força de gravidade do Sol o mantém sob enormes pressões e temperaturas, principalmente em seu núcleo. Lá, o calor chega a 15.000.000ºC, temperatura suficiente para sustentar fusão termonuclear, liberando energia na forma de luz e calor.
Imagem esquemática mostrando a estrutura do Sol (Adaptado de: NASA)
| Nucleo: local onde núcleos de hidrogênio se fundem para formar hélio, liberando energia na forma de radiação. Zona radioativa: zona onde, não havendo convecção térmica, consegue transmitir, por radiação térmica, o calor do núcleo para fora porque o material solar contém calor e densidade suficientes. Radiação térmica: processo pelo qual a energia, na forma de radiação eletromagnética, é transmitida por uma superfície aquecida. Radiação eletromagnética: energia propagada como campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo. Zona convectiva: zona onde as propriedades do plasma fazem com que a energia seja transmitida através de convecção em vez de radiação. Convecção: movimentação da matéria devido a mudanças na temperatura e, portanto, na densidade. Assim, o material quente sobe porque é menos denso (mais leve) e, atingindo regiões mais frias, perde calor. Esfriando, passa a descer porque é mais denso (mais pesado) e, atingindo regiões mais quentes, ganha calor e torna a subir. Fotosfera: camada gasosa com 500 km de espessura, com temperatura de cerca de 5.500ºC, suficiente para ferver diamante e grafite. Cromosfera: camada relativamente fina com temperatura intermediária entre a fotosfera e a coroa. Coroa (ou corona): camada composta quase inteiramente por estruturas em forma de arcos (loops) individuais, formados por fluxos de gás quente canalizados ao longo de linhas de força magnética. Arcos menores surgem quando campos magnéticos emergem do interior do Sol emitindo raios-X intensos. Esta atividade cresce quando as manchas solares são mínimas. Da coroa solar às vezes se projetam transientes coronais. Raios-X: radiação ionizante de comprimento de onda extremamente curto e de alta frequência. Ao passar por tecidos vivos, podem causar alterações bioquímicas prejudiciais. Transiente coronal (ou ejeção de massa coronal): ejeção de plasma em alta temperatura que inicia como uma bolha gigantesca e se projeta a velocidades de centenas de km/s, carregando campos magnéticos e produzindo o chamado vento solar. Vento solar: fluxo principalmente de prótons e elétrons em estado de plasma em movimento contínuo para fora do Sol em todas as direções. |
| Fusão termonuclear (ou fusão nuclear): processo em que os núcleos de elementos mais leves (por exemplo, hidrogênio) se fundem (se unem) para formar o núcleo de um elemento mais pesado (por exemplo, hélio). A massa total do novo núcleo é menor que a massa combinada original, sendo a massa restante convertida em energia. |
Para sair do núcleo, atravessar a zona radioativa e chegar à zona convectiva, a energia solar leva cerca de 170.000 anos alcançando o destino com uma temperatura de 2.000.000ºC. Na zona convectiva grandes bolhas de plasma quente se movem para fora do Sol. É liberada uma gigantesca quantidade de energia que é levada ao exterior por radiação. No caminho desta radiação está a Terra.
Nosso planeta é subdividido em núcleo interno, núcleo externo, manto inferior, manto superior e crosta.
Imagem esquemática mostrando a estrutura da Terra (Adaptado de: CharlesC)
| Núcleo interno: parte central da Terra, constituída por ferro e níquel, com raio de 1.221 km e temperatura de 5.400ºC. Núcleo do núcleo interno: parte central do núcleo interno onde a liga de ferro-níquel que o compõe se torna gradualmente mais organizada em seu padrão de cristalização. Núcleo externo: camada externa do núcleo constituída por ferro e níquel fluídos, com 2.300 km de espessura. Manto: camada constituída por uma mistura quente e viscosa de rocha derretida, com 2.900 m de espessura. Crosta: camada mais externa com ~30 km de espessura média nos continentes e ~5 km sob os oceanos, que cobrem quase 70% da superfície da Terra. Litosfera: formada pela crosta e pela parte superior do manto, apresentando-se quebrada em placas tectônicas que estão em movimentação permanente entre si. |
O Sol, acima da fotosfera, e a Terra, acima da litosfera, são cobertos por suas respectivas atmosferas.
Atmosferas
| Manchas solares: regiões mais frias e mais escuras causadas por distúrbios magnéticos solares, obedecendo ciclos. Ciclo de manchas solares: variação periódica da quantidade de magnetismo solar gerado nas profundezas do Sol por um dínamo natural que se inverte a cada onze anos. Dínamo: sistema físico que converte energia mecânica em energia magnética. No Sol, a energia mecânica resulta do movimento do plasma no núcleo do Sol. Energia mecânica: energia que um objeto possui devido ao seu movimento ou devido à sua posição. Pode ser cinética (energia de movimento) ou potencial (energia armazenada). Energia magnética: energia associada a um campo magnético. É devida a cargas elétricas em movimento. |
O Sol com uma erupção (à esquerda) em foto capturada em 19/12/1973. É um dos maiores arcos (loops) solares já registrados, com as duas pontas (que tocam a coroa solar) separadas por mais de 588.000 km (Crédito: NASA)
| Troposfera: camada mais úmida, engloba 75 a 80% da atmosfera. Suas temperaturas (assim como a pressão e a densidade do ar) diminuem com a altitude. Pode chegar a 20 km de altura perto do equador e a 7 km sobre os polos no inverno. É mais baixa no inverno e mais alta no verão. Estratosfera: camada muito seca, com poucas nuvens e com temperaturas maiores no topo, fazendo com que seu ar seja pouco turbulento. Alcança até 50 km de altura. Mesosfera: camada com as temperaturas mais baixas da atmosfera. Elas diminuem com a altitude, podendo alcançar cerca de -90ºC. Pode chegar até 85 km de altura. Ionosfera: constitui uma série de regiões com número relativamente grande de átomos e moléculas eletricamente carregados, cujas cargas variam durante o dia. Sobrepõem-se à parte superior da mesosfera e à parte inferior da termosfera. Termosfera: camada com densidade do ar muito baixa. Suas temperaturas são mais elevadas na base e depois diminuem, permanecendo constantes até o topo. Elas se elevam com o aumento da atividade solar, variando entre 500ºC e 2.000ºC, sendo 200ºC mais elevadas durante o dia. Alcança altura máxima entre 500 km e 1000 km. Exosfera: camada onde o ar é extremamente rarefeito, assemelhando-se ao vazio do espaço sideral. Por esta razão, alguns cientistas não a consideram como parte da atmosfera. A base desta camada varia de altitude em função da espessura da termosfera que aumenta quando há mais manchas solares, radiação ultravioleta e raios-X vindos do Sol. Seu limite superior é difuso, já que gradualmente desaparece no espaço (mais ou menos no meio do caminho entre a Terra e a Lua). |
Esquema das camadas da atmosfera da Terra, abaixo da exosfera (Adaptado de: socied.ucar.edu)
| Sprites: eventos luminosos transitórios de origem elétrica que ocorrem acima de nuvens de tempestade. São gerados por intensas descargas elétricas que partem dos topos das nuvens. Nuvem noctilucente: poeira gelada que se forma em altitudes de 76 a 85 km de altura, em determinadas temperaturas e pressões. Nuvem estratosférica polar: nuvem de alta altitude que se forma apenas em temperaturas muito baixas. Ajuda a destruir o ozônio de duas maneiras: fornecendo formas reativas de cloro e removendo compostos de nitrogênio. Nuvem cumulonimbus: nuvem de tempestade, associada a chuva forte, neve, granizo, raios e, às vezes, tornados. Pode ter forma de bigorna. Nuvem estratocúmulus: aglomerado ou mancha de nuvens de baixa altitude que varia em cor de branco brilhante a cinza escuro. Nuvem círrus: nuvem constituída por cristais de gelo, com aparência de serpentina brancas longa e fina. |
A Ionosfera favorece a propagação de ondas de rádio até locais distantes da Terra e até os satélites. Na termosfera parte dos raios-X e da radiação ultravioleta do Sol é absorvida. Os materiais que entram, devido à falta de convecção vertical, podem permanecer na estratosfera por longo tempo. Alguns acabam favorecendo a criação de buracos na camada de ozônio.
| Camada de ozônio: parte da estratosfera, que absorve também a radiação ultravioleta do Sol. Ozônio: gás cuja molécula contém três átomos de oxigênio. |
Principalmente na termosfera, acontecem as auroras boreal (as luzes do norte) e austral (as luzes do sul).
Aurora boreal vista da Estação Espacial Internacional em 07/02/2012 (Crédito: NASA/JPL)
| Auroras (boreal e austral): constituídas pela colisão de partículas vindas do espaço carregadas (elétrons, prótons e outros íons) com átomos e moléculas na termosfera em altas latitudes, levando-os a estados de energia mais elevados. O excesso de energia é liberado com a emissão de fótons de luz em exibições coloridas. |
Distanciamento
Magnetosferas
A heliosfera é controlada pela magnetosfera solar que, ao girar, faz com que o campo magnético se transforme em uma "Espiral de Parker".
A heliosfera é controlada pela magnetosfera solar que, ao girar, faz com que o campo magnético se transforme em uma "Espiral de Parker".
| Heliosfera: região ao redor do Sol e do sistema solar que é preenchida com o campo magnético solar e com prótons e elétrons do vento solar. Magnetosfera: região ao redor de um corpo celeste onde seu campo magnético controla os movimentos de partículas carregadas. Espiral de Parker: estrutura do vento solar e do campo magnético interplanetário. As linhas de campo e as parcelas de plasma movem-se radialmente para fora do Sol, na forma de uma "Espiral de Arquimedes". Campo magnético interplanetário (ou campo magnético heliosférico): é uma extensão do campo magnético solar, ao ser levado para fora do Sol pelo vento solar. Espiral de Arquimedes: trajetória de um ponto que se move uniformemente sobre uma reta de um plano, girando esta reta uniformemente em torno de um de seus pontos. |
Além da Terra, somente outros três planetas do Sistema Solar possuem magnetosferas, Mercúrio, Júpiter e Saturno, cada uma tão diferente da outra quanto os próprios planetas. A mais poderosa destas magnetosferas é a terrestre. Qualquer partícula solar, para alcançar nosso planeta, deve antes passar por ela.
Sabemos que o campo magnético ao redor da Terra é controlado por correntes elétricas que fluem à medida que o ferro líquido, que sofre convecção no núcleo externo terrestre, acaba se cristalizando no núcleo interno. No entanto, a relação entre o núcleo externo e o campo magnético da Terra não é totalmente compreendida. Muito do que se sabe é baseado em modelagem hipotética. Felizmente, o campo magnético terrestre existe há pelo menos 3 bilhões de anos, conforme indica a assinatura magnética embutida nos minerais encontrados no nosso planeta.
| Magnetosfera terrestre: região dominada pelo campo magnético da Terra. Campo magnético da Terra (ou campo geomagnético): campo magnético mantido pelo geodínamo. Geodínamo: dínamo cujo fluído condutor é o ferro fundido do núcleo externo da Terra. |
É vital para nós, entender bem o que está abaixo dos nossos pés, tanto quanto o que está sobre nossas cabeças. Visto daqui da Terra, o Sol parece uma estrela média bastante estável. Quando observado do espaço, ele revela fenômenos preocupantes e, estudado mais de perto, percebe-se que o Sol é um lugar de violentos distúrbios. Tal comportamento poderia abalar seu relacionamento com a Terra?
Referências (acessos em 2023):
Afastamento da Terra: www.forbes.com
Atmosfera terrestre: www.nasa.gov
Camadas da atmosfera: scied.ucar.edu
Constituição da Terra e do Sol: www.livescience.com2
Estações climáticas: www.astronomy.ohio-state.edu
Geodínamo: www.ipgp.fr
Magnetosfera terrestre: history.nasa.gov3
Morte do Sol: www.livescience.com1Nossa Terra: solarsystem.nasa.gov3
Nosso Sol: solarsystem.nasa.gov1
Núcleo externo: www.sciencealert.com
Radiação: www.ncbi.nlm.nih.gov
Sistema Solar: solarsystem.nasa.gov2
Sol e nós: history.nasa.gov2
Sol e Terra: www.universetoday.com2
Sol no espaço: history.nasa.gov1Sol, uma estrela: www.universetoday.com1
Troca dos polos magnéticos da Terra: www.notasgeo.com.br
Leia também:
Um comentário:
Sou fascinado com está relação de vida e morte entre a Terra e Sol...Portanto, este brilhante artigo escrito pelo Marco me é muito instigante e traz à luz dados importantes e interessantes. Inclusive complementa um documentário interessantíssimo, o seriado "One Strange Rock" (NatGeo), que recomendo. Parabéns, Marco
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