PADRÃO DE ESCALAS NOAA PARA DADOS DO CLIMA ESPACIAL

PADRÃO DE ESCALAS NOAA PARA DADOS DO CLIMA ESPACIAL 

Por: Claudia Medeiros

O clima espacial, diferente do clima local é muito pouco tratado no dia a dia da sociedade. No entanto, diversos componentes do nosso dia a dia são impactados por seu estado. Alguns exemplos como a aviação, navegação, comunicação por satélites ou ondas de longa distância, redes de transmissão elétrica e até lançamento de foguetes e satélites, são diretamente afetados pelo estado do clima espacial.  

Para padronizar a forma de comunicar os eventos observados do clima espacial a NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) elaborou um padrão de escalas. Esse padrão está dividido em três categorias principais de acordo com a área em que ocorrem e os sistemas que afetam. As três categorias principais são: tempestades geomagnéticas, tempestades de radiação solar e blecautes de radio. 

TEMPESTADES GEOMAGNÉTICAS - G

As tempestades geomagnéticas estão associadas diretamente ao impacto do clima espacial no campo geomagnético da Terra. O índice recebe a letra G acompanhado do número de 1 a 5 sendo 1 as de menor impacto e 5 as de maior impacto, ou seja, mais extremas. Esses índices acompanham o índice mundial Kp, medido a cada 3 horas, nas estações em solo que quantificam as variações da corrente de anel ao longo do globo terrestre, estimando o quanto ela variou devido a impactos de vento solar alterado, tempestades solares e sub-tempestades na magnetosfera da Terra. A tabela abaixo mostra os valores aplicados atualmente nessa classificação e os impactos esperados para cada subcategoria. 

G1 - Tempestade geomagnética leves 

As tempestades do nível G1 são leves, mas são muito frequentes. Registros mostram que podem ocorrer cerca de 1700 vezes por ciclo solar (a cada 11 anos) e cerca de 900 dias por ciclo. O índice Kp associado é 5. 

Linhas de transmissão de energia elétrica: fracas flutuações em redes de transmissão de energia. 

Operação de satélites: Pequenos impactos na operação de satélites. 

Outros sistemas: Animais migratórios são afetados. Auroras podem ser vistas em latitudes altas. 

G2 - Tempestade geomagnética moderadas 

As tempestades do nível G2 são moderadas, mas são frequentes. Registros mostram que podem ocorrer cerca de 600 vezes por ciclo solar (a cada 11 anos) e cerca de 360 dias por ciclo. O índice Kp associado é 6. 

Linhas de transmissão de energia elétrica: problemas generalizados no controle de tensão em altas latitudes e tempestades de longa duração podem causar danos em transformadores. 

Operação de satélites: Problemas de arrasto atmosférico em satélites podem causar perda de altitude, necessitando correção, além de reorientação de atitude. 

Outros sistemas: A propagação de rádio HF (alta frequência) pode ser sofrer interrupção em latitudes mais altas. Auroras podem ser vistas em latitudes mais baixas como em torno de 55º. 

G3 - Tempestade geomagnética intensa 

As tempestades do nível G3 são intensas, porém mais frequentes. Registros mostram que podem ocorrer 200 vezes por ciclo solar (a cada 11 anos) e cerca de 130 dias por ciclo. O índice Kp associado é 7. 

Linhas de transmissão de energia elétrica: problemas generalizados no controle de tensão sendo necessário correção. Falso alarme em sistemas de proteção causando erro na interpretação de dados. 

Operação de satélites: Satélites podem ser expostos a cargas livres na superfície, podendo afetar componentes elétricos. Problemas de arrasto atmosférico em satélites de órbita baixa (menor que 2000 km) podem causar perda de altitude, necessitando correção. 

Outros sistemas: A propagação de rádio HF (alta frequência) pode ser sofrer interrupção intermitente inclusive a navegação por satélite. A navegação por rádio de baixa frequência pode ficar fora e auroras podem ser vistas em latitudes mais baixas como em torno de 50º. 

G4 - Tempestade geomagnética severa 

As tempestades do nível G4 são severas, porém um pouco mais frequentes. Registros mostram que podem ocorrer 100 vezes por ciclo solar (a cada 11 anos) e cerca de 60 dias por ciclo. O índice Kp associado é 8. 

Linhas de transmissão de energia elétrica: problemas generalizados no controle de tensão e problemas em alguns sistemas de proteção. Falso alarme em sistemas de proteção causando erro na interpretação de dados. 

Operação de satélites: Satélites podem ser expostos a cargas livres na superfície, problemas de orientação necessitando de correção de atitude. 

Outros sistemas: as correntes induzidas em tubulação de longa distância podem atingir medidas e inclusive, gerar falso alarme ou necessidade de medidas preventivas. A propagação de rádio HF (alta frequência) pode ser impossível de forma esporádica, a navegação por satélite pode ser degradada por horas, a navegação por rádio de baixa frequência pode ficar fora e auroras podem ser vistas em latitudes mais baixas como em torno de 45º. 

G5 - Tempestade geomagnética extrema 

As tempestades do nível G5 são as mais extremas e menos frequentes. Registros mostram que podem ocorrer 4 vezes por ciclo solar (a cada 11 anos) e cerca de 4 dias por ciclo. O índice Kp associado é 9. Atualmente tem sido as mais temidas pois cada vez mais estamos dependentes dos sistemas espaciais os quais ela mais afeta. 

Linhas de transmissão de energia elétrica: problemas generalizados no controle de tensão e problemas nos sistemas de proteção. Algumas redes podem sofrer colapso completo ou apagões. Transformadores podem sofrer danos. 

Operação de satélites: Satélites podem ser expostos a cargas livres na superfície, problemas de orientação, comprometimento no rastreio, envio e recebimento de dados. 

Outros sistemas: as correntes de tubulação de longa distância podem atingir centenas de amperes, a propagação de rádio HF (alta frequência) pode ser impossível em muitas áreas por mais de um dia, a navegação por satélite pode ser degradada por dias, a navegação por rádio de baixa frequência pode ficar fora por horas e auroras podem ser vistas em latitudes mais baixas como em torno de 40º.  

TEMPESTADES DE RADIAÇÃO SOLAR - S

A categoria tempestade de radiação solar está associada com a medida da severidade dos eventos causados pela incidência de prótons. Esses dados são obtidos por satélites geoestacionários que medem o fluxo de íons a partir de 10 megaeletronvolts (10 MeV), ou seja, quantidade de partículas por segundo x Ster radiano x centímetro quadrado (média a cada 5 minutos). O índice é acompanhado da letra S e o número se refere a severidade do evento quanto ao nível do fluxo podendo variar de 10 vezes a 100.000 vezes mais intenso (10 a 105, respectivamente). A tabela abaixo mostra os valores aplicados atualmente nessa classificação e os impactos esperados para cada subcategoria. 

S1 - Tempestade de radiação solar leves 

As tempestades de radiação solar moderadas do tipo S1 são definidas quando o fluxo de partículas de 10 MeV é aumentado em uma ordem de grandeza, ou seja, 10 vezes maior do que os níveis padrões (background). Esse tipo de tempestade ocorre dezenas de vezes em um ciclo, porém, temos poucos registros para confirmar a estatística. Desde os tempos que se iniciaram as medidas com satélites, foi observado em cerca de 50 vezes por ciclo solar de 11 anos. Os danos associados a esse tipo de tempestade são: 

Biológicos: não causam danos biológicos 

Operação de satélites: não causam danos em satélites 

Outros sistemas: Pode ocorrer impactos nas comunicações HF (alta frequência) nas regiões polares. 

S2 - Tempestade de radiação solar moderadas 

As tempestades de radiação solar moderadas do tipo S2 são definidas quando o fluxo de partículas de 10 MeV é aumentado em 2 ordens de grandeza, ou seja, 100 vezes maior do que os níveis padrões (background). Esse tipo de tempestade ocorre dezenas de vezes em um ciclo, porém, temos poucos registros para confirmar a estatística. Desde os tempos que se iniciaram as medidas com satélites, foi observado em cerca de 25 vezes por ciclo solar de 11 anos. Os danos associados a esse tipo de tempestade são: 

Biológicos: Passageiros e tripulantes em vôo de alta altitude em regiões de alta latitude ou na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul podem estar expostos a radiação de risco. Os valores devem ser observados para medidores de partículas acima de 100 MeV para validar o nível de risco de exposição da tripulação. 

Operação de satélites: Satélites podem eventualmente ter impactos em componentes (single event upset ou single event error). 

Outros sistemas: Pode ocorrer degradação das comunicações HF (alta frequência) nas regiões polares e um aumento nos erros de posição de navegação (GPS). 

S3 - Tempestade de radiação solar intensa 

As tempestades de radiação solar intensas do tipo S3 são definidas quando o fluxo de partículas de 10 MeV é aumentado em 3 ordens de grandeza, ou seja, 1.000 vezes maior do que os níveis padrões (background). Esse tipo de tempestade ocorre dezenas de vezes em um ciclo, porém, temos poucos registros para confirmar a estatística. Desde os tempos que se iniciaram as medidas com satélites, foi observado em cerca de 10 vezes por ciclo solar de 11 anos. Os danos associados a esse tipo de tempestade são: 

Biológicos: É recomendado evitar exposição a radiação para astronautas em atividade externa ao veículo no espaço; passageiros e tripulantes em aeronaves de voo em altas latitudes podem estar expostos ao risco de radiação. Regiões como a Anomalia Magnética do Atlântico Sul oferecem risco para tripulação de aeronaves mesmo estando em latitudes mais baixas. Os valores devem ser observados para medidores de partículas acima de 100 MeV para validar o nível de risco de exposição da tripulação. 

Operação de satélites: Satélites podem ter impactos em componentes (single event upset ou single event error), podem causar ruídos nos dados de imageamento e a eficiência dos painéis solares pode sofrer ligeira degradação. 

Outros sistemas: Pode ocorrer degradação das comunicações HF (alta frequência) nas regiões polares e um aumento nos erros de posição de navegação (GPS). 

S4 - Tempestade de radiação solar severa 

As tempestades de radiação solar severa do tipo S4 são definidas quando o fluxo de partículas de 10 MeV é aumentado em 4 ordens de grandeza, ou seja, 10.000 vezes maior do que os níveis padrões (background). Esse tipo de tempestade costuma ser raro, porém, temos poucos registros para confirmar a estatística. Desde os tempos que se iniciaram as medidas com satélites, foi observado em cerca de 3 vezes por ciclo solar de 11 anos. Os danos associados a esse tipo de tempestade são: 

Biológicos: Alto risco inevitável de radiação para astronautas em atividade extra veicular no espaço; passageiros e tripulantes em aeronaves de voo em altas latitudes podem estar expostos ao risco de radiação. Esses níveis devem ser observados para medidores de partículas acima de 100 MeV para validar o nível de risco da tripulação. Regiões como a Anomalia Magnética do Atlântico Sul oferecem risco para tripulação de aeronaves mesmo estando em latitudes mais baixas. 

Operação de satélites: Satélites podem ter impactos em componentes como memória, podem causar ruídos nos dados de imageamento, sensores estelares podem ser incapazes de localizar fontes e a eficiência dos painéis solares pode sofrer degradação. 

Outros sistemas: Pode ocorrer o apagão completo das comunicações HF (alta frequência) nas regiões polares e um aumento nos erros de posição de navegação (GPS) por dias. 

S5 - Tempestade de radiação solar extrema 

As tempestades de radiação solar extremas do tipo S5 são definidas quando o fluxo de partículas de 10 MeV é aumentado em 5 ordens de grandeza, ou seja, 100.000 vezes maior do que os níveis padrões (background). Esse tipo de tempestade costuma ser raro, porém, temos poucos registros para confirmar a estatística. Desde os tempos que se iniciaram as medidas com satélites, foi observado poucas vezes em um ciclo solar de 11 anos. Os danos associados a esse tipo de tempestade são: 

Biológicos: Alto risco inevitável de radiação para astronautas em atividade extra veicular no espaço; passageiros e tripulantes em aeronaves de voo em altas latitudes podem estar expostos ao risco de radiação. Esses níveis devem ser observados para medidores de partículas acima de 100 MeV para validar o nível de risco da tripulação. Regiões como a Anomalia Magnética do Atlântico Sul oferecem risco para tripulação de aeronaves mesmo estando em latitudes mais baixas e deve ser considerado a exposição de mulheres grávidas como sendo de risco. 

Operação de satélites: Satélites podem ser danificados, os impactos da memória de componentes podem causar perda de controle, podem causar sérios ruídos nos dados de imageamento, sensores estelares podem ser incapazes de localizar fontes; danos permanentes podem ocorrer em painéis solares. 

Outros sistemas: Pode ocorrer o apagão completo das comunicações HF (alta frequência) nas regiões polares, e os erros de posição tornam as operações de navegação (GPS) extremamente difíceis. 

BLECAUTES EM ONDAS DE RADIO - R

O blecaute em ondas de radio são classificados de acordo com o pico da emissão de raio-X na banda espectral de 0.1- 0.8 nanômetros medidos pelo NOAA/GOES XRS. Essas medidas estão associadas com a ocorrência de flares solares intensos que emitem burst de ondas eletromagnéticas que rapidamente expõe a Terra (quando ocorrem na linha de visada Sol-Terra) a essa radiação eletromagnética na faixa do raio-X e do ultravioleta extremo (EUV). Essa exposição interage com a atmosfera alterando sua densidade eletrônica e consequentemente afetando a transmissão de ondas de radio de alta frequência. 

Os níveis na faixa de 10-8 W/m2 (Watt por metro quadrado) são considerados mais baixos classificados como flares tipo “A”. O nível flares tipo “B” é 10 vezes mais intenso, ou seja, 10-7 W/m2. O nível flares tipo “C” corresponde a valores 10-6 W/m2. Acima desses valores, entramos na classe de flares “M” com valores de 10-5 W/m2. Finalmente o mais alto é acima de 10-4 W/m2 que são os flares tipo “X”. A subdivisão dessa categoria para blecautes é contada apenas quando flares acima da classe “M” ocorrem. Dessa forma, uma subdivisão entre as classes M e X dão origem a classificação de blecautes de radio sendo acompanhado da letra R e o número de 1 a 5 sendo 1 o mais baixo e 5 o mais alto, conforme descrito abaixo.  

R1 – Blecautes leves 

Blecautes severos estão associados com medidas do pico de raio X na faixa de 1x10-5 W/m2. Na nomenclatura das classificações de flares, isso seria o equivalente a um flare tipo “M1”. Esses tipos de eventos costumam acontecer cerca de 2000 vezes por ciclo solar de 11 anos (950 dias em 11 anos). Os possíveis danos causados são: 

Transmissão de ondas em HF: Degradação menos intensa da comunicação de rádio HF no lado iluminado pelo sol da Terra, perda ocasional de contato por rádio. 

Sistemas de navegação: Sinais de navegação de baixa frequência degradados por breves intervalos. 

R2 – Blecautes moderados 

Blecautes severos estão associados com medidas do pico de raio X na faixa de 5x10-5 W/m2. Na nomenclatura das classificações de flares, isso seria o equivalente a um flare tipo “M5”. Esses tipos de eventos costumam acontecer cerca de 350 vezes por ciclo solar de 11 anos (300 dias em 11 anos). Os possíveis danos causados são: 

Transmissão de ondas em HF: blecaute limitado da comunicação por rádio HF no lado iluminado pelo sol da Terra, perda de contato por rádio por dezenas de minutos. 

Sistemas de navegação: Degradação de sinais de navegação de baixa frequência por dezenas de minutos. 

R3 – Blecautes intenso 

Blecautes severos estão associados com medidas do pico de raio X na faixa de 1x10-4 W/m2. Na nomenclatura das classificações de flares, isso seria o equivalente a um flare tipo “X1”. Esses tipos de eventos costumam acontecer cerca de 175 vezes por ciclo solar de 11 anos (140 dias em 11 anos). Os possíveis danos causados são: 

Transmissão de ondas em HF: blecaute de área ampla da comunicação por rádio HF, perda de contato por rádio por cerca de uma hora no lado iluminado pelo sol da Terra. 

Sistemas de navegação: Sinais de navegação de baixa frequência degradados por cerca de uma hora. 

R4 – Blecautes severos 

Blecautes severos estão associados com medidas do pico de raio X na faixa de 1x10-3 W/m2. Na nomenclatura das classificações de flares, isso seria o equivalente a um flare tipo “X10”. Esses tipos de eventos costumam acontecer cerca de 8 vezes por ciclo solar de 11 anos. Os possíveis danos causados são: 

Transmissão de ondas em HF: blecaute de comunicação por rádio HF na maior parte do lado iluminado pelo sol da Terra por uma a duas horas. Contato por rádio HF perdido durante esse período. 

Sistemas de navegação: Interrupções de sinais de navegação de baixa frequência causam aumento do erro de posicionamento por uma a duas horas. Pequenas interrupções na navegação por satélite (GPS) são possíveis no lado iluminado pelo sol da Terra. 

R5 – Blecautes extremos 

Blecautes extremos estão associados com medidas do pico de raio X na faixa de 2x10-3 W/m2. Na nomenclatura das classificações de flares, isso seria o equivalente a um flare tipo “X20”. Esses tipos de eventos costumam acontecer poucas vezes durante um ciclo solar de 11 anos. Os possíveis danos causados são: 

Transmissão de ondas em HF: blecaute completo nessa faixa de transmissão podendo durar horas. Isso afeta comunicação de navios e aviões que estejam na região iluminada pelo Sol. 

Sistemas de navegação: Os sinais de navegação de baixa frequência usados pelos sistemas de navegação marítima e aviação em geral sofrem interrupções no lado iluminado pelo sol por muitas horas, causando perda de posicionamento. Aumento dos erros de navegação por satélite (GPS) no posicionamento por várias horas no lado iluminado pelo sol da Terra, que podem se espalhar para o lado noturno. 

A Tabela oficial que deu origem a esse artigo se encontra no link abaixo na referência. 

Referência: 

https://www.swpc.noaa.gov/NOAAscales