Como simulações revelaram novas pistas sobre o clima espacial e cordas de fluxo

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

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

Para simular o clima espacial, seria preciso colocar o Sol, os planetas e o enorme vazio entre eles num ambiente virtual - uma “caixa de simulação”, onde todos os cálculos acontecem.

O clima espacial é bem diferente das tempestades que vemos aqui. Esses eventos nascem no Sol, que lança para fora da sua superfície erupções de partículas carregadas e campos magnéticos.

As ocorrências mais intensas recebem o nome de ejeções de massa coronal interplanetárias, ou CMEs, e podem viajar a velocidades que chegam perto de 1.800 milhas por segundo (2.897 quilômetros por segundo).

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

Quando essas CMEs atingem a Terra, podem provocar tempestades geomagnéticas, que aparecem no céu como auroras impressionantes. Elas também conseguem danificar infraestruturas tecnológicas essenciais - por exemplo, ao atrapalhar o fluxo de eletricidade na rede, fazendo transformadores superaqueçerem e falharem.

Para entender 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 da Terra e como disparam 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, parecidos com tornados, que se desprendem de uma ejeção solar. Esses vórtices são chamados de cordas de fluxo (flux ropes). Satélites já tinham observado cordas de fluxo pequenas - mas o nosso trabalho ajudou a revelar como elas são geradas.

O desafio

A nossa equipa começou essa linha de pesquisa no verão de 2023, quando um de nós, especialista em clima espacial, notou inconsistências nas observações. Este trabalho identificou tempestades geomagnéticas em períodos em que não havia previsão de erupções solares a atingir a Terra.

Sem entender o motivo, o especialista quis saber se poderiam existir eventos de clima espacial menores do que as ejeções de massa coronal e que não se originassem diretamente de erupções solares. Ele levantou a hipótese de que eventos assim poderiam formar-se no espaço entre o Sol e a Terra, em vez de nascerem na atmosfera do Sol.

Um exemplo desse tipo de evento menor é uma corda de fluxo magnético - pacotes de campos magnéticos entrelaçados, como se fossem uma corda. Detectar algo assim em simulações computacionais de erupções solares daria pistas sobre onde esses eventos de clima espacial podem estar a formar-se.

Ao contrário das observações por satélite, numa simulação é possível “voltar no tempo” ou seguir um fenómeno no sentido contrário do fluxo para descobrir de onde ele veio.

Por isso, ele procurou o outro autor, um dos principais especialistas 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 tempo suficiente até a ejeção chegar à Terra.

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

Essa limitação foi bastante frustrante. Foi como tentar prever um furacão usando uma simulação que só mostra padrões meteorológicos globais. Como não dá para enxergar um furacão nessa escala, ele simplesmente passaria despercebido.

Essas simulações de escala mais ampla são conhecidas como simulações globais. Elas analisam como erupções solares se formam na superfície do Sol e como viajam pelo espaço.

Nessas simulações, correntes de partículas carregadas e campos magnéticos que flutuam no espaço são tratadas como fluidos, para reduzir o custo computacional - em vez de modelar cada partícula carregada individualmente. É como medir a temperatura média da água numa garrafa, em vez de acompanhar cada molécula de água separadamente.

Como essas simulações representam fenómenos computacionais que se desenrolam numa região tão imensa, não conseguem captar todos os detalhes. Para tornar viável modelar a vasta distância entre o Sol e os planetas, pesquisadores dividem o espaço em grandes cubos - análogos a píxeis bidimensionais numa câmara.

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

A busca começa

A nossa procura começou com uma sensação de estar a caçar uma agulha no palheiro. Revisitámos simulações globais antigas à procura de um pequeno “borrão” passageiro - algo que indicaria uma corda de fluxo - num volume do espaço centenas de vezes mais largo do que o próprio Sol.

Nessa primeira tentativa, não encontrámos nada.

Depois, mudámos o foco para as simulações do evento de erupção solar de maio de 2024. Dessa vez, observámos com atenção a região onde a erupção solar colidiu 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 magnéticas.

Só que a empolgação durou pouco. Não conseguíamos determinar a origem dessas cordas de fluxo. Além disso, as cordas modeladas eram pequenas demais para sobreviver: acabavam por se desfazer, porque se tornavam pequenas demais para serem resolvidas pela malha de simulação.

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

Para resolver a questão, decidimos fechar essa lacuna e criar um modelo computacional com uma malha mais fina do que a utilizada por aquelas 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 equivalentes a seis vezes o diâmetro da Terra, de 8.000 milhas (ou 128.000 quilômetros), até escalas de dezenas de milhares de milhas - uma melhoria de quase 100 vezes em relação às simulações anteriores.

Fazendo a descoberta

Depois de desenhar e testar a malha de simulação, 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 essas cordas surgiam e como cresciam, mudavam de forma e possivelmente terminavam dentro da estreita “cunha” que abrange o espaço entre o Sol e a Terra.

Os resultados foram impressionantes.

A versão de alta resolução mostrou que as cordas de fluxo se formavam quando a erupção solar batia com força no vento solar mais lento à sua frente. As novas estruturas exibiam uma complexidade e uma intensidade notáveis - e persistiram 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 fortes o suficiente para iniciar uma tempestade geomagnética significativa e causar problemas reais aqui na Terra. Mas, acima de tudo, 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 características tipo “tornado” no vento solar podem impactar o planeta e as infraestruturas.

Este recorte bidimensional da caixa de simulação mostra uma erupção solar que se desloca rapidamente em direção à Terra. A ejeção colide com o vento solar mais lento à sua frente, levando à formação de uma constelação de cordas de fluxo magnéticas.

As cordas de fluxo magnéticas aparecem como “ilhas” dentro da caixa de simulação. As linhas contínuas representam as linhas de campo magnético, e a barra de cores indica a quantidade de partículas carregadas. Assim que se formam no vento solar, as cordas de fluxo seguem em direção à Terra.

O vídeo também ilustra como a missão espacial SWIFT - Fronteira de Investigação do Clima Espacial -, uma constelação de quatro satélites em configuração de tetraedro, poderia examinar a formação e o crescimento dessas estruturas no vento solar.

Ver essas cordas de fluxo formarem-se tão rapidamente na simulação e avançarem rumo à Terra foi empolgante, mas também preocupante. Empolgante, porque a descoberta pode ajudar-nos a planear melhor futuros eventos extremos de clima espacial. Preocupante, ao mesmo tempo, porque essas cordas de fluxo apareceriam apenas como um pequeno sinal nos monitores de clima espacial usados hoje.

Seriam necessários vários satélites para observar essas cordas de fluxo diretamente, com muito mais detalhe, para que cientistas consigam prever com mais fiabilidade se, quando e em que orientação elas podem afetar o nosso planeta - e qual pode ser o resultado.

A boa notícia é que cientistas e engenheiros estão a desenvolver as missões espaciais da próxima geração que podem dar conta desse 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 de A Conversa sob uma licença de Comuns Criativos. Leia o artigo original.

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