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A ameaça de apagões e a atividade solar

Ronaldo Rogério de Freitas Mourão
Professor

Quando os campos magnéticos se deslocam nas proximidades de um condutor, uma corrente elétrica é induzida no condutor. O mesmo ocorre em grande escala durante as tempestades geomagnéticas. As empresas de energia transmitem a eletricidade para os seus clientes através de linhas de transmissões. As correntes diretamente induzidas nessas linhas pelas tempestades geomagnéticas são nocivas e perigosas aos equipamentos de transmissão elétrica, como aconteceu em 13 de março de 1989, quando uma erupção solar provocou o colapso da Hydro Quebec, deixando mais de 6 milhões de clientes no Canadá sem energia elétrica, durante mais de nove horas. Algumas áreas no nordeste dos Estados Unidos da América e na Suécia ficaram também sem energia elétrica. Todavia, a preocupação maior é com a rede de telecomunicação nos anos 2000 e 2002, quando são previstas grandes tempestades magnéticas.

As radiações do Sol governam a nossa vida, o tempo e toda a natureza. Além desses aspectos de participação do Sol na nossa vida diária, provenientes da parte constante da atividade solar, existem as influências provocadas por eventos solares, limitados no tempo e no espaço, como as manchas, as erupções, as protuberâncias e os jatos coronais. Todas as influências provêm da ação das ondas de curto comprimento de onda e das radiações corpusculares que, em virtude do seu fraco poder de penetração, agem nas altas camadas da atmosfera.

A alta atmosfera é, na realidade, o laboratório onde os fenômenos solares realizam as suas experiências. A densidade dessa atmosfera decresce regularmente com a altitude. A 30 km de altura, um litro de ar pesa aproximadamente 100 vezes menos que o nível dos oceanos e, a 100 km, cerca de um milhão de vezes menos. Acima de 200 km, a densidade da atmosfera não depende só da altitude, mas da estação, da hora e, principalmente, da atividade solar. Ao contrário da densidade, a temperatura não varia de maneira regular. Ela decresce intensamente da troposfera a estratosfera, onde atinge o valor de -55°C. Acima de 80 km de altitude, a temperatura cresce regularmente com altitude. Esse aquecimento significa transferência de radiação de origem solar em calor.

A atmosfera compõe-se de oxigênio e de nitrogênio em estado molecular nas camadas mais profundas e em estado atômico nas camadas mais elevadas. Os componentes desses elementos, assim como os outros existentes na atmosfera, absorvem os raios ultravioletas e os raios X de origem solar. Nesses processos, um elétron é retirado de uma molécula ou de um átomo por efeito fotoelétrico. Essa ionização se produz, em especial, nas camadas relativamente delgadas da atmosfera acima de 60 km de altitude. De fato, muito pouca radiação é absorvida nas camadas superiores da atmosfera, em virtude da sua fraca densidade, mas, na camada inferior, nada ocorre pois ela já foi totalmente utilizada. As camadas superiores a 60 km se chamam ionosfera, e a parte inferior de neutrosfera.

Como os diversos componentes da atmosfera absorvem em comprimentos de onda diferentes e em altitudes diferentes, em conseqüência existem várias camadas ionizadas. As principais são a camada D, situada a 75 km de altura; a camada E, a 100km; a camada FÝ, a 150km; e a camada FÞ, a cerca de 260km. Este conjunto de camadas constitui a ionosfera. Na realidade, um estado particular da nossa atmosfera, nessas regiões superiores do envelope gasoso que recobre o nosso planeta.

A ionosfera exerce um papel fundamental na propagação das ondas de rádio. Uma onda de rádio emitida por uma antena se decompõe em duas partes, com comportamentos diferentes: uma parte se propaga próximo à superfície da Terra, como uma onda de solo, e a outra parte se propaga no espaço.

Se a ionosfera não existisse, esta segunda parte da onda deixaria a Terra sem jamais retornar ao solo. Ela estaria perdida para as comunicações radiotelegráficas. Como estas ondas são aquelas precisamente utilizadas para as telecomunicações, podemos compreender a importância prática da ionosfera para a humanidade. Todavia, como a intensidade da radiação ionizante varia com a posição e a atividade do Sol, o poder refletor da ionosfera varia numa grande amplitude.

A propagação das ondas de rádio depende do estado de ionosfera e fornece, portanto, um método apropriado para estudá-la. Para que uma emissão de comprimento de onda determinada venha se refletir na ionosfera, é necessário que a sua densidade eletrônica tenha um determinado valor. Ora, esta densidade cresce da camada D à camada F, passando pela camada E. O intervalo de tempo de retorno do eco fornece a altura do ponto de reflexão e o comprimento de onda utilizado permite obter a densidade eletrônica que reina neste ponto. Se esta experiência for repetida diversas vezes, utilizando-se vários comprimentos de onda, será possível deduzir a variação de densidade eletrônica com a altitude, o que vai fornecer o perfil ionosférico.

Quando mais curtas são as ondas, maior será a densidade eletrônica necessária para provocar a sua reflexão. A densidade eletrônica máxima fixa o comprimento de onda mais curto que pode ser ainda refletido, ou seja, o comprimento de onda limite. As ondas de comprimentos de ondas inferiores às mais curtas atravessam a ionosfera, partem em direção ao espaço e se perdem para as ligações terrestres.

O comprimento de onda limite nos fornece a densidade eletrônica máxima pois a partir desse valor é possível calcular a intensidade da radiação ionizante. A ionização depende também da posição do Sol, da estação do ano e da hora. A recombinação dos íons positivos e dos elétrons negativos, sob o efeito de sua atração eletrostática mútua, se opõe à ionização produzida pela radiação incidente. Esta é a razão pela qual o grau de ionização não pode crescer indefinidamente, apesar da alta atmosfera estar continuamente recebendo as radiações de origem solar. Na realidade, no fim de um certo tempo, um equilíbrio acaba por ser estabelecido, segundo o qual o número de íons que desaparecem a cada segundo, em conseqüência de uma recombinação, é igual ao número de íons criados pela radiação no mesmo intervalo de tempo.

Graças à ionosfera, as ondas curtas circulam ao redor da Terra: elas descrevem uma trajetória em ziguezague entre as camadas da ionosfera e o solo. As ondas curtas, por exemplo, de 19, 25, 30, 41 e 69 metros, se refletem nas camadas superiores (FÝ e FÞ) com densidade eletrônica elevada. Ao contrário, as ondas longas também chamadas quilométricas, se refletem na camada D, mais inferior. Em geral, utilizam-se as ondas de dez a cem metros para a propagação ionosférica. As ondas de comprimento inferior a dez metros não são refletidas porque a densidade eletrônica não é suficiente, enquanto as ondas de comprimento superior a 100 metros também não o são por serem absorvidas pela ionosfera e não retornam mais ao solo. Esses limites variam com a atividade solar, a posição do Sol e a distância a ser alcançada.

A intensidade dos raios X que ionizam a atmosfera pode aumentar rapidamente, de modo brusco, por ocasião de uma erupção solar. A ionização da atmosfera sensivelmente aumentada poderá provocar uma melhoria na recepção das ondas curtas e uma queda no limite da abertura para as ondas ainda mais curtas. Em vez disso, quando uma erupção solar ocorre, todas as ligações por ondas curtas estabelecidas no hemisfério terrestre iluminado pelo Sol sofrem perturbações e, às vezes, cessam simultaneamente.

Em período de máxima atividade solar pode-se observar, em um mesmo dia, várias interrupções nas transmissões das ondas curtas. Tais interrupções podem ir de vários minutos a mais de uma hora. A ionização reforça-se, durante a erupção, e se desenvolve nas camadas mais profundas da ionosfera. As ondas de rádio não são então mais refletidas, mas absorvidas em virtude da forte densidade. Todas as erupções, mesmo as mais fortes, não produzem um enfraquecimento das ondas curtas, ao contrário, todo fenômeno desse tipo é devido à erupção. Durante os anos de mínima de atividade solar, não se registra nenhuma interrupção das ondas curtas durante meses, enquanto que durante os anos de máxima, observam-se interrupções e perturbações nas transmissões praticamente todos os dias.

Se, por um lado, a recepção das ondas curtas é alterada por uma erupção, ao contrário, por outro lado as recepções das ondas quilométricas são melhores. Normalmente, as ondas longas são absorvidas quando elas penetram na ionosfera. Com efeito, durante uma erupção, a ionosfera desce mais para baixo, como o seu limite inferior muito nítido, as ondas longas não podem penetrar, elas se refletem como se fosse em uma ``superfície'' metálica.

Ronaldo Rogério de Freitas Mourão é professor visitante da UVA, e autor de mais de 60 livros sobre astronomia (http://www.ronaldomourao.com)