Como o clima espacial cria cordas de fluxo magnético entre o Sol e a Terra

A previsão do tempo é uma ferramenta poderosa. Na temporada de furacões, por exemplo, meteorologistas montam simulações computacionais para antecipar como essas tempestades destrutivas se formam e para onde podem seguir - algo que ajuda a reduzir prejuízos em comunidades costeiras.

Quando o objetivo é prever o clima espacial, e não tempestades na Terra, construir esse tipo de simulação fica um pouco mais complicado.

Para simular o clima espacial, é preciso colocar o Sol, os planetas e o imenso “vazio” entre eles dentro de um ambiente virtual - uma espécie de caixa de simulação - onde todos os cálculos acontecem.

O clima espacial é muito diferente das tempestades que vemos aqui. Esses fenómenos nascem no Sol, que lança para o espaço erupções de partículas carregadas e campos magnéticos a partir da sua superfície.

Os eventos mais energéticos recebem o nome de ejeções de massa coronal interplanetárias, ou CMEs, e podem deslocar-se a velocidades que se aproximam de 1.800 milhas por segundo (2.897 quilómetros por segundo).

Para ter uma noção do que isso significa, uma única CME poderia transportar uma massa de material equivalente a todos os Grandes Lagos de Nova Iorque até Los Angeles em pouco menos de dois segundos - praticamente mais rápido do que o tempo de dizer “clima espacial”.

Quando essas CMEs atingem a Terra, podem provocar tempestades geomagnéticas, que aparecem no céu como auroras impressionantes. Mas elas também conseguem afetar infraestruturas tecnológicas críticas - por exemplo, ao interferirem no fluxo de eletricidade na rede, levando transformadores a sobreaquecerem e falharem.

Para compreender melhor como essas tempestades conseguem causar tantos problemas, a nossa equipa de pesquisa criou simulações que mostram como elas interagem com o escudo magnético natural do planeta e como desencadeiam a atividade geomagnética perigosa capaz de derrubar redes elétricas.

Num estudo publicado em outubro de 2025 no Jornal Astrofísico, modelámos uma das fontes dessas tempestades geomagnéticas: pequenos vórtices, semelhantes a tornados, que se desprendem de uma ejeção solar. Esses vórtices são chamados de cordas de fluxo e, embora satélites já tivessem observado cordas de fluxo pequenas, o nosso trabalho ajudou a revelar como elas são geradas.

O desafio

A nossa equipa iniciou essa linha de investigação no verão de 2023, quando um de nós, especialista em clima espacial, notou inconsistências nas observações. O trabalho identificou tempestades geomagnéticas a ocorrerem em períodos em que nenhuma erupção solar estava prevista para atingir a Terra.

Sem entender como isso era possível, o especialista quis saber se existiriam eventos de clima espacial menores do que as ejeções de massa coronal e que não surgissem diretamente de erupções solares. Ele propôs que esses eventos poderiam formar-se no espaço entre o Sol e a Terra, e não na atmosfera do Sol.

Um exemplo desses fenómenos menores é a corda de fluxo magnético - conjuntos de campos magnéticos enrolados uns nos outros como uma corda. Se a deteção desse tipo de estrutura aparecesse em simulações computacionais de erupções solares, isso seria um indício de onde esses eventos de clima espacial poderiam estar a formar-se.

Ao contrário das observações por satélite, as simulações permitem “voltar no tempo” ou acompanhar um evento a montante para descobrir onde ele se origina.

Por isso, ele procurou o outro autor, um especialista de referência em simulação. E ficou claro que encontrar eventos menores de clima espacial não era tão simples quanto simular uma grande erupção solar e deixar o modelo correr até a erupção alcançar a Terra.

As simulações computacionais atuais não foram concebidas para resolver esses eventos menores. Em vez disso, foram feitas para priorizar grandes erupções solares, porque são elas que mais afetam as infraestruturas na Terra.

Essa limitação foi bastante frustrante. Era como tentar prever um furacão com uma simulação que só mostra padrões meteorológicos globais. Como não se enxerga um furacão nessa escala, ele passaria completamente despercebido.

Essas simulações em grande escala são conhecidas como simulações globais. Elas analisam como as erupções se formam na superfície do Sol e como viajam pelo espaço.

Para reduzir o custo computacional - em comparação com modelar cada partícula carregada individualmente - essas simulações tratam os fluxos de partículas e campos magnéticos no espaço como se fossem fluidos. É como medir a temperatura média da água numa garrafa, em vez de acompanhar molécula por molécula.

Como essas simulações lidam com fenómenos computacionais distribuídos por distâncias enormes, não conseguem representar cada detalhe. Para tornar viável o cálculo do vasto espaço entre o Sol e os planetas, os investigadores dividem a região em grandes cubos - algo análogo aos píxeis bidimensionais de uma câmara.

No modelo, cada cubo representa uma área com 1 milhão de milhas (1,6 milhão de quilómetros) de largura, altura e profundidade. Essa distância equivale a cerca de 1% do percurso entre a Terra e o Sol.

A busca começa

A nossa procura começou com a sensação de estar a caçar uma agulha num palheiro. Revirámos simulações globais antigas à procura de um pequeno “bolo” transitório - o sinal de uma corda de fluxo - dentro de uma região do espaço centenas de vezes mais larga do que o próprio Sol.

Na primeira tentativa, não encontrámos nada.

Depois, mudámos o foco para simulações do evento de erupção solar de maio de 2024. Desta vez, analisámos especificamente a zona em que a erupção colidia com um fluxo tranquilo de partículas carregadas e campos magnéticos à sua frente, chamado vento solar.

E então apareceu: um sistema nítido de cordas de fluxo magnético.

Mas a empolgação durou pouco. Não conseguíamos determinar a origem dessas cordas de fluxo. Além disso, as estruturas modeladas eram pequenas demais para sobreviver: com o tempo, elas enfraqueciam e desapareciam, porque se tornavam menores do que a malha da simulação conseguia resolver.

Ainda assim, era exatamente o tipo de pista de que precisávamos - a presença de cordas de fluxo no ponto onde a erupção solar colidia com o vento solar.

Para resolver a questão, decidimos fechar essa lacuna e criar um modelo com uma malha mais fina do que a usada nas simulações globais anteriores. Como aumentar a resolução em todo o espaço de simulação seria caro demais, optámos por elevar a resolução apenas ao longo da trajetória das cordas de fluxo.

Com as novas simulações, passámos a resolver estruturas que se estendiam por distâncias desde seis vezes o diâmetro da Terra de 8.000 milhas (ou 128.000 quilómetros) até dezenas de milhares de milhas - uma melhoria de quase 100 vezes em relação aos modelos anteriores.

Fazendo a descoberta

Depois de desenharmos e testarmos a malha, chegou o momento de simular aquela mesma erupção solar que, no modelo menos detalhado, tinha levado à formação das cordas de fluxo. Queríamos observar como elas surgiam e como cresciam, mudavam de forma e possivelmente se extinguiam na cunha estreita que abrange o espaço entre o Sol e a Terra.

Os resultados foram impressionantes.

A visão em alta resolução mostrou que as cordas de fluxo se formavam quando a erupção solar colidia violentamente com o vento solar mais lento à sua frente. As novas estruturas exibiam uma complexidade e uma força notáveis - e mantinham-se por muito mais tempo do que esperávamos.

Em termos meteorológicos, foi como ver um furacão gerar um conjunto de tornados.

Descobrimos que os campos magnéticos nesses vórtices eram suficientemente fortes para desencadear uma tempestade geomagnética significativa e causar problemas reais aqui na Terra. Porém, o ponto mais importante foi que as simulações confirmaram que existem, sim, eventos de clima espacial que se formam localmente no espaço entre o Sol e a Terra.

O nosso próximo passo é simular como essas estruturas semelhantes a tornados no vento solar podem afetar o planeta e as infraestruturas.

Este corte bidimensional da caixa de simulação mostra uma erupção solar que se move rapidamente em direção à Terra. A erupção choca-se com o vento solar mais lento à sua frente, levando à formação de uma constelação de cordas de fluxo magnético.

As cordas de fluxo magnético aparecem como “ilhas” na caixa de simulação. As linhas contínuas representam linhas de campo magnético, e a barra de cores indica o número de partículas carregadas. As cordas de fluxo deslocam-se em direção à Terra assim que se formam no vento solar.

O vídeo também mostra como a missão espacial Fronteira de Investigação do Clima Espacial (SWIFT), uma constelação de quatro satélites numa configuração tetraédrica, poderia examinar a formação e o crescimento dessas estruturas no vento solar.

Ver essas cordas de fluxo a formarem-se tão rapidamente na simulação e a seguirem em direção à Terra foi empolgante - e, ao mesmo tempo, preocupante. Empolgante porque a descoberta pode ajudar-nos a planear melhor para futuros eventos extremos de clima espacial. Preocupante porque, nos monitores atuais de clima espacial, essas cordas de fluxo provavelmente apareceriam apenas como um pequeno sinal.

Para observá-las diretamente com muito mais detalhe, seriam necessários vários satélites, permitindo que cientistas prevejam com mais confiabilidade se, quando e com que orientação elas podem afetar o nosso planeta - e qual poderá ser o resultado.

A boa notícia é que cientistas e engenheiros já estão a desenvolver missões espaciais de nova geração capazes de enfrentar esse desafio.

Mojtaba Akhavan-Tafti, cientista associado de pesquisa, Universidade de Michigan; e Ward B. (Chip) Manchester, professor pesquisador de Engenharia de Ciências do Clima e do Espaço, Universidade de Michigan

Este artigo foi republicado do portal A Conversa sob uma licença CC. Leia o artigo original.