As concentrações crescentes de dióxido de carbono na alta atmosfera irão alterar a forma como as tempestades geomagnéticas impactam a Terra, com implicações potenciais para milhares de satélites em órbita, de acordo com nova pesquisa liderada por cientistas do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica da Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF NCAR).
As tempestades geomagnéticas, causadas por enormes erupções de partículas carregadas da superfície do Sol que afetam a atmosfera terrestre, representam um desafio crescente para nossa sociedade tecnologicamente dependente. As tempestades aumentam temporariamente a densidade da alta atmosfera e, portanto, o arrasto sobre os satélites, o que impacta sua velocidade, altitude e quanto tempo permanecem operacionais.
A nova pesquisa utilizou um modelo computacional avançado para determinar que a densidade da alta atmosfera será menor durante uma futura tempestade geomagnética em comparação a uma tempestade atual de igual intensidade. Isso ocorre porque a densidade de base será mais baixa e as tempestades futuras não a aumentarão a níveis tão altos quanto ocorre atualmente.
No entanto, a magnitude relativa do aumento da densidade — a elevação da base ao 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”, disse o cientista do NSF NCAR, Nicolas Pedatella, autor principal do estudo. “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 tornou-se cada vez mais importante nas últimas décadas devido à dependência da sociedade em sistemas avançados de navegação, transmissão de dados online, aplicações de segurança nacional e outras tecnologias que dependem da operação de satélites.
Diferentemente da baixa atmosfera, que aquece com as emissões de dióxido de carbono, a alta atmosfera torna-se mais fria. Isso se deve aos diferentes impactos do dióxido de carbono: em vez de absorver e reemitir calor para moléculas próximas no ar relativamente denso próximo à superfície da Terra, o dióxido de carbono reemite o calor para o espaço em altitudes elevadas, onde o ar é muito mais fino.
Estudos anteriores estimaram a extensão em que os 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 questão um pouco diferente: como a densidade atmosférica futura mudará durante poderosas tempestades geomagnéticas?
Os pesquisadores concentraram-se 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 terrestre. Eles analisaram como a atmosfera teria respondido à mesma tempestade em 2016 e em três anos futuros que ocorrerão em torno do mínimo do ciclo solar de 11 anos (2040, 2061 e 2084).
Para realizar a análise, eles recorreram a um sistema de modelagem baseado no NSF NCAR, o Modelo de Sistema Terrestre da Comunidade com Extensão da Comunidade do Clima da Alta Atmosfera e Ionosfera, que simula toda a atmosfera da superfície da Terra até a alta termosfera, a 500-700 quilômetros (cerca de 310-435 milhas) acima da superfície. Isso permite que os cientistas determinem como mudanças na baixa atmosfera, como o aumento das concentrações de gases de efeito estufa, podem afetar regiões remotas da atmosfera muito acima.
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 terão sua densidade 20-50% menor no pico de uma tempestade comparável à que ocorreu no ano passado, assumindo níveis significativamente mais altos de dióxido de carbono. No entanto, em comparação com a densidade da atmosfera logo antes e depois da tempestade, a mudança relativa na densidade será maior. Enquanto uma tempestade atual mais do que dobra a densidade em seu pico, ela 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 o clima espacial mudará, 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 interconexões muito complexas entre a baixa e a alta atmosfera”, disse ele. “É crucial saber como essas mudanças ocorrerão porque têm profundas ramificações para nossa atmosfera.”
Este material é baseado em trabalho apoiado pelo Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica da NSF, uma grande instalação patrocinada pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA e gerenciada pela Universidade Corporativa de Pesquisa Atmosférica. Qualquer opinião, descoberta e conclusão ou recomendações expressas neste material não refletem necessariamente as visões da NSF.
