O aumento das concentrações de dióxido de carbono na alta atmosfera mudará a forma como as tempestades geomagnéticas afetam a Terra, com potenciais implicações para milhares de satélites em órbita, segundo novas pesquisas lideradas por cientistas do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF NCAR).
As tempestades geomagnéticas, causadas por erupções massivas de partículas carregadas da superfície do Sol que impactam a atmosfera da Terra, representam um desafio crescente para nossa sociedade dependente da tecnologia. As tempestades aumentam temporariamente a densidade da alta atmosfera e, portanto, o arrasto sobre os satélites, o que impacta sua velocidade, altitude e a duração de seu funcionamento.
O novo estudo utilizou um modelo computacional avançado para determinar que a densidade da alta atmosfera será menor durante uma futura tempestade geomagnética em comparação com uma tempestade atual de mesma intensidade. Isso ocorre porque a densidade de referência será mais baixa, e as tempestades futuras não a aumentarão para níveis tão altos quanto as tempestades atuais.
No entanto, a magnitude relativa do aumento da densidade — a elevação da linha de base até o pico durante uma tempestade de vários dias — será maior nas tempestades futuras.
“A forma como a energia do Sol afeta a atmosfera mudará no futuro porque a densidade de fundo da atmosfera é diferente, e isso cria uma resposta diferente”, afirmou o cientista do NSF NCAR, Nicolas Pedatella, autor principal. “Para a indústria de satélites, essa é uma questão especialmente importante devido à necessidade de projetar satélites para condições atmosféricas específicas.”
O estudo, uma colaboração com a Universidade de Kyushu, no Japão, foi publicado na Geophysical Research Letters.
Ar mais frio e mais fino
A alta atmosfera da Terra se tornou cada vez mais importante nas últimas décadas devido à dependência da sociedade em sistemas de navegação avançados, transmissão de dados online, aplicações de segurança nacional e outras tecnologias que dependem das operações de satélites.
Ao contrário da baixa atmosfera, que se aquece com as emissões de dióxido de carbono, a alta atmosfera se torna mais fria. Isso se deve aos impactos variados do dióxido de carbono: em vez de absorver e reemitir calor para moléculas vizinhas no ar relativamente denso perto da superfície da Terra, o dióxido de carbono reemite o calor para o espaço em altitudes mais altas, onde o ar é muito mais fino.
Estudos anteriores estimaram a extensão em que níveis crescentes de dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa levarão a uma diminuição na densidade neutra da alta atmosfera, ou sua concentração de partículas não ionizadas, como oxigênio e nitrogênio. Mas Pedatella e seus colegas levantaram uma pergunta um pouco diferente: como a densidade atmosférica futura mudará durante poderosas tempestades geomagnéticas?
Os pesquisadores se concentraram na supertempestade geomagnética de 10 a 11 de maio de 2024, quando uma série de poderosas perturbações solares conhecidas como ejeções de massa coronal afetaram a atmosfera da Terra. Eles analisaram como a atmosfera teria respondido à mesma tempestade em 2016 e em três anos futuros que ocorrerão cada um durante o mínimo do ciclo solar de 11 anos (2040, 2061 e 2084).
Para realizar a análise, eles utilizaram um sistema de modelagem baseado no NSF NCAR, o Modelo de Comunidade da Terra com Extensão da Comunidade do Modelo Climático da Termosfera-Ionosfera, que simula a atmosfera inteira, desde a superfície da Terra até a alta termosfera, de 500 a 700 quilômetros (cerca de 310 a 435 milhas) acima da superfície. Isso permite que os cientistas determinem como mudanças na baixa atmosfera, como níveis mais altos de gases de efeito estufa, podem afetar regiões remotas da atmosfera em altitudes elevadas.
Eles executaram as simulações no supercomputador Derecho do Centro de Supercomputação NSF NCAR-Wyoming.
Os pesquisadores descobriram que, no final deste século, várias regiões da alta atmosfera estarão 20-50% menos densas no pico de uma tempestade comparável à que ocorreu no ano passado, assumindo níveis significativamente mais altos de dióxido de carbono. No entanto, comparando a densidade da atmosfera logo antes e depois da tempestade, a mudança relativa na densidade será maior. Enquanto uma tempestade desse tipo atualmente mais que dobra a densidade em seu pico, pode quase triplicá-la no futuro. Isso ocorre porque a mesma tempestade terá um impacto proporcionalmente maior em uma atmosfera menos densa.
Pedatella afirmou que mais pesquisas são necessárias para entender melhor como as mudanças no clima espacial ocorrerão, incluindo o estudo de diferentes tipos de tempestades geomagnéticas e se seus impactos variarão em diferentes momentos no ciclo solar de 11 anos, quando a densidade da atmosfera muda.
“Agora temos a capacidade com nossos modelos de explorar as complexas interconexões entre a baixa e a alta atmosfera”, disse ele. “É crítico saber como essas mudanças ocorrerão, pois elas têm profundas ramificações para nossa atmosfera.”
Este material é baseado em trabalhos apoiados pelo Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica da NSF, uma grande instalação patrocinada pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e gerida pela Universidade Corporation for Atmospheric Research. Quaisquer opiniões, descobertas e conclusões ou recomendações expressas neste material não refletem necessariamente as opiniões da NSF.
