Novos modelos mostram como 'tornados' solares podem causar grandes danos na Terra.

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

Quando o objetivo deixa de ser prever tempestades na Terra e passa a ser antecipar o clima espacial, o desafio aumenta bastante.

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

O que é clima espacial e por que ele importa

O clima espacial não se parece com as tempestades que observamos no nosso cotidiano. Esses fenómenos nascem no Sol, que lança ao espaço erupções compostas por partículas carregadas e campos magnéticos.

Os eventos mais intensos recebem o nome de ejeções de massa coronal interplanetárias (as CMEs, na sigla em inglês). Elas podem atingir velocidades próximas de 2.897 km por segundo.

Para dar uma ideia do que isso significa: uma única CME poderia transportar uma quantidade de material comparável à massa total dos Grandes Lagos, levando-a de Nova York a Los Angeles em menos de dois segundos - praticamente mais rápido do que o tempo de pronunciar “clima espacial”.

Quando essas CMEs atingem a Terra, podem desencadear tempestades geomagnéticas, que aparecem no céu como auroras impressionantes. Ao mesmo tempo, essas tempestades podem causar danos a infraestruturas tecnológicas críticas - por exemplo, ao perturbar a circulação de electricidade na rede, levando transformadores a sobreaquecer e falhar.

Para compreender melhor como essas tempestades conseguem causar tantos problemas, a nossa equipa de pesquisa desenvolveu simulações capazes de mostrar como elas interagem com o escudo magnético natural do planeta e como activam a actividade geomagnética perigosa que pode, em casos extremos, contribuir para apagões em redes eléctricas.

Além do risco para a rede de energia, eventos de clima espacial podem afectar comunicações por rádio, navegação por satélite (como sistemas equivalentes ao GPS), operações de satélites e até rotas de aviação em altas latitudes. Por isso, melhorar a capacidade de detecção e previsão desses eventos tem impacto directo na segurança e no funcionamento de serviços essenciais.

O desafio de simular o clima espacial em detalhe

Num estudo publicado em outubro de 2025 num periódico científico de astrofísica, modelámos uma das possíveis origens de certas tempestades geomagnéticas: pequenos vórtices, semelhantes a tornados, que se desprendem de material e campos magnéticos expulsos pelo Sol. Esses vórtices são chamados de cordas de fluxo (ou cordas de fluxo magnético). Satélites já tinham observado cordas de fluxo pequenas - mas o nosso trabalho ajudou a esclarecer como elas podem ser geradas.

A investigação começou no verão de 2023, quando um de nós, especialista em clima espacial, percebeu inconsistências em observações: registavam-se tempestades geomagnéticas em períodos nos quais não havia previsão de que erupções solares atingiriam a Terra.

Intrigado, ele levantou uma hipótese: talvez existam eventos de clima espacial menores do que as CMEs e que não nasçam directamente de uma erupção solar visível. Na visão dele, esses eventos poderiam surgir no espaço entre o Sol e a Terra, em vez de se formarem na atmosfera solar.

Um exemplo desse tipo de fenómeno menor é a corda de fluxo magnético - feixes de campos magnéticos enrolados uns nos outros, como se fossem uma corda. Se uma estrutura assim aparecesse em simulações de erupções solares, isso indicaria onde esses eventos podem estar a tomar forma.

Ao contrário do que acontece com observações por satélite, numa simulação é possível “voltar no tempo” ou seguir o fenómeno contra o fluxo para identificar a sua origem.

Foi então que ele procurou o outro autor, especialista em simulações. E descobrimos que encontrar esses eventos menores não era tão simples quanto simular uma grande erupção solar e esperar, no computador, até ela chegar à Terra.

As simulações computacionais mais usadas hoje não foram desenhadas para revelar essas estruturas pequenas. Em geral, elas priorizam as grandes erupções solares, porque são as que tendem a causar os impactos mais severos em infraestruturas na Terra.

Essa limitação foi frustrante. É como tentar prever um furacão com um modelo que só mostra padrões meteorológicos globais: nessa escala, o furacão simplesmente não aparece - e, por isso, seria totalmente ignorado.

Essas simulações de grande alcance são chamadas de simulações globais. Elas analisam como erupções solares se formam na superfície do Sol e como se propagam pelo espaço.

Para reduzir o custo computacional, essas simulações tratam os fluxos de partículas carregadas e campos magnéticos como se fossem fluidos, em vez de modelar cada partícula individualmente. É semelhante a medir a temperatura média da água numa garrafa, sem acompanhar molécula por molécula.

Como o domínio do problema é enorme, não dá para capturar todos os detalhes. Para tornar viável a simulação do espaço entre o Sol e os planetas, os pesquisadores dividem esse volume em cubos grandes - análogos a “píxeis” num sensor de câmara, só que em três dimensões.

No modelo, cada cubo representa um bloco com cerca de 1,6 milhão de quilómetros de largura, altura e profundidade - o que corresponde a aproximadamente 1% da distância média entre a Terra e o Sol.

A busca: cordas de fluxo magnético no clima espacial

A nossa procura começou como uma caça a agulha no palheiro. Vasculhámos simulações globais antigas à procura de um pequeno “ponto” transitório - algo que indicasse uma corda de fluxo - dentro de uma região de espaço com dimensões centenas de vezes maiores do que o próprio Sol.

A primeira varredura não trouxe resultados.

Em seguida, mudámos a estratégia e passámos a analisar simulações do evento de erupção solar de maio de 2024. Desta vez, observámos com atenção a zona em que a erupção colidia com um fluxo mais calmo de partículas carregadas e campos magnéticos à sua frente, conhecido como vento solar.

E ali estava: um sistema bem definido de cordas de fluxo magnético.

A empolgação, porém, durou pouco. Com aquele modelo, não conseguíamos determinar de onde vinham as cordas de fluxo. Além disso, as estruturas simuladas eram tão pequenas que acabavam por “desaparecer”: ficavam menores do que o que a grelha (a malha) da simulação conseguia representar e, por isso, deixavam de ser resolvidas.

Mesmo assim, esse era o indício que precisávamos - a presença de cordas de fluxo exactamente no local onde a erupção encontrava o vento solar.

Para resolver o problema, decidimos preencher a lacuna com um novo modelo: criar uma simulação com malha mais fina do que a usada nas simulações globais anteriores. Aumentar a resolução em todo o espaço seria caro demais; por isso, optámos por elevar a resolução apenas ao longo da trajectória esperada dessas cordas de fluxo.

Com isso, as novas simulações passaram a distinguir estruturas que iam desde escalas da ordem de seis vezes o diâmetro da Terra (cerca de 76.800 km) até algumas dezenas de milhares de quilómetros - uma melhoria de resolução de quase 100 vezes em relação aos modelos anteriores.

A descoberta: como as cordas de fluxo nascem e persistem

Depois de desenhar e validar a nova grelha, simulámos novamente aquela mesma erupção solar associada às cordas de fluxo que apareciam no modelo de baixa resolução. O nosso objetivo era observar, com detalhe, como essas cordas se formavam, como cresciam, como mudavam de forma e como poderiam terminar dentro da “fatia” estreita do espaço entre o Sol e a Terra.

O que vimos foi surpreendente.

A visão em alta resolução mostrou que as cordas de fluxo surgiam quando a erupção solar chocava-se contra o vento solar mais lento à sua frente. As novas estruturas revelaram uma complexidade e uma intensidade muito maiores do que esperávamos - e, mais importante, mantiveram-se activas por muito mais tempo.

Numa analogia meteorológica, foi como ver um furacão gerar um conjunto de tornados.

Identificámos que os campos magnéticos nesses vórtices tinham força suficiente para desencadear uma tempestade geomagnética relevante e causar problemas concretos aqui na Terra. Mais do que isso: as simulações confirmaram que, de facto, existem eventos de clima espacial que se formam localmente no espaço entre o Sol e a Terra.

O próximo passo é simular como esses elementos “tipo tornado” dentro do vento solar podem afectar o planeta e a infra-estrutura tecnológica.

Descrição da simulação (corte bidimensional da caixa de simulação)

• Este corte bidimensional da caixa de simulação mostra uma erupção solar a deslocar-se rapidamente na direcção da Terra. A erupção colide com o vento solar mais lento à sua frente, o que leva à formação de uma constelação de cordas de fluxo magnético.
• As cordas de fluxo magnético aparecem como “ilhas” dentro da caixa de simulação. As linhas contínuas representam linhas de campo magnético, e a barra de cores indica a quantidade de partículas carregadas. Depois de se formarem no vento solar, as cordas de fluxo seguem na direcção da Terra.
• O vídeo também ilustra como a missão de fronteira de investigação do clima espacial SWIFT - uma constelação de quatro satélites em configuração de tetraedro - poderia observar a formação e o crescimento dessas estruturas no vento solar.

Ver essas cordas de fluxo nascerem tão depressa e deslocarem-se na direcção da Terra foi, ao mesmo tempo, fascinante e preocupante. Fascinante porque o achado pode ajudar a preparar melhor a resposta a futuros eventos extremos de clima espacial. Preocupante porque, com os monitores actuais, essas cordas de fluxo provavelmente apareceriam apenas como um sinal fraco e passageiro.

Para observá-las directamente com o detalhe necessário e prever com mais confiança se, quando e com que orientação poderão atingir a Terra - e quais seriam as consequências - será preciso contar com múltiplos satélites a fazer medições coordenadas.

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 de pesquisa em engenharia de ciências do clima e do espaço, Universidade de Michigan.

Este artigo é uma republicação, sob licença de uso aberto, de um texto publicado numa plataforma jornalística internacional.