Em 1989, uma região canadense viveu uma noite de escuridão incomum. O Sol conseguiu derrubar a rede elétrica de Quebec, deixando seis milhões de pessoas sem energia por nove horas. Este evento, apelidado de "o dia em que o Sol trouxe escuridão", tornou-se símbolo tanto dos efeitos potenciais da atividade solar sobre as tecnologias modernas quanto da nossa relativa despreparação para uma grande tempestade geomagnética.
As tempestades solares são causadas por um processo chamado reconexão magnética, no qual a rotação do Sol força seus campos magnéticos a se torcerem e embaraçarem. A cada ciclo de 11 anos, a pressão desses campos aumenta. Eventually, esses campos magnéticos se rompem e se reconectam, liberando energia e plasma da superfície solar para o sistema solar. Embora invisíveis a olho nu, as tempestades solares podem afetar profundamente os campos magnéticos da Terra.
Existem três tipos principais de tempestades solares. As explosões solares são explosões intensas de luz e radiação, capazes de produzir energia equivalente a um bilhão de bombas de hidrogênio, viajando à velocidade da luz e atingindo a atmosfera terrestre em apenas oito minutos. As tempestades de radiação são erupções de partículas carregadas que atravessam o sistema solar, chegando à Terra em meia hora. As ejeções de massa coronal são nuvens massivas de plasma magnetizado. Cada um desses eventos pode perturbar o campo magnético terrestre e causar tempestades geomagnéticas que ameaçam redes de energia, interrompem sistemas de comunicação e até afetam a infraestrutura global de internet.
Quando uma tempestade solar atinge a magnetosfera, suas partículas carregadas alteram temporariamente a composição atômica e magnética da atmosfera terrestre. As ejeções de massa coronal podem causar tempestades geomagnéticas que enviam correntes induzidas geomagnéticas através das linhas do campo magnético terrestre em direção aos polos sul, superando as defesas atmosféricas e disruptando sistemas tecnológicos. As tempestades de radiação enviam partículas protonificadas altamente carregadas por essas linhas de campo, forçando radiação para níveis mais baixos da atmosfera. As explosões solares podem causar blackouts de rádio através de um processo chamado ionização.
A NOAA classifica as três tempestades solares em uma escala de um (menor) a cinco (extremo). Embora a atividade solar seja comum, a grande maioria das tempestades solares ocorre nos níveis mais baixos. Eventos menores podem ocorrer quase três mil vezes durante um ciclo de 11 anos, mas devemos ver menos de cinco tempestades solares extremas nesse período.
As redes de energia estão entre as infraestruturas mais vulneráveis. Quando correntes induzidas geomagnéticas atingem a infraestrutura elétrica, podem causar blackouts por superaquecer transformadores, relés e sensores. A substituição de um número crítico de transformadores pode levar anos, pois são caros e difíceis de fabricar. As correntes geomagnéticas também podem sobrecarregar e danificar as linhas de transmissão. As tempestades geomagnéticas são geograficamente tendenciosas, sendo atraídas hacia os polos magnéticos terrestres, com regiões árticas vendo as perturbações mais fortes. Em 2003, a Suécia teve uma parte de sua rede elétrica desligada por uma série de atividade geomagnética anormalmente potente.
Os satélites, embora projetados para suportar o clima espacial, têm proteção contra os eventos solares mais fortes custosa e impraticável. Tempestades solares podem danificar o hardware e a eletrônica interna de um satélite, reduzindo sua vida útil ou exigindo reparos críticos. Partículas de alta energia podem causar "inversões de bit" em chips de computador, forçando o satélite a suspender tarefas não críticas até que o problema seja resolvido. As ejeções de massa coronal aquecem e expandem a atmosfera, criando arrasto adicional que pode fazer os satélites perderem velocidade e altitude, dropping até 2.000 pés.
Em 2022, uma tempestade solar colocou 38 satélites de internet da SpaceX fora de órbita. Em outubro de 2003, uma série de atividade solar bagunçou metade dos satélites do mundo, interrompendo voos entre América do Norte e Ásia, turvando transmissões de TV e rádio, atrapalhando sistemas GPS remotos e limitando várias missões científicas.
Os sistemas de navegação por satélite, como o GPS, dependem do posicionamento exato de satélites e coordenadas geográficas. Em 2024, uma tempestade solar desativou tratores ativados por GPS, causando meio bilhão de dólares em danos. Além do dano físico aos satélites, as tempestades solares podem afetar os sistemas de comunicação por satélite alterando a composição atômica da atmosfera terrestre.
As explosões solares e ejeções de massa coronal causam ionização que faz a ionosfera terrestre absorver ou refratar diferentes ondas de rádio, alterando as trajetórias das ondas e atrapalhando GPS e outros sistemas de navegação dependentes de satélite. Os sistemas de rádio de alta frequência, também conhecidos como rádio de onda curta, utilizam a ionosfera para refratar frequências de rádio e estender o alcance do sinal.
Alguns especialistas alertam que uma ejeção de massa coronal massiva também pode danificar a infraestrutura de internet do mundo. Um estudo de 2021 detalhou como uma tempestade solar poderia causar um "apocalipse da internet" global. As tempestades solares ameaçam os cabos de fibra óptica submarinos que conectam os continentes. Os próprios fibers ópticos são imunes, mas os repetidores de sinal eletrônico são vulneráveis às correntes induzidas geomagnéticas.
A tecnologia moderna ainda não enfrentou uma tempestade geomagnética historicamente forte, pois a mais forte registrada ocorreu em 1859. Conhecido como Evento de Carrington, a tempestade foi três vezes maior que a que desligou a rede elétrica da Hydro-Quebec e fez as luzes do norte se estenderem até o Panamá.
Cientistas encontraram evidências de eventos solares que superam a tempestade de 1859, medindo os níveis de carbono-14 em amostras de gelo ártico. O maior deles, chamado eventos de Miyake, ocorreu em 774 d.C. e é hypothesizado ter sido 12 vezes maior que a tempestade de Carrington.
A Academia Nacional de Ciências acredita que um desastre geomagnético poderia custar mais de 2 trilhões de dólares. Fortalecer a infraestrutura de satélite, internet, comunicações e energia do mundo provavelmente incorrerá em custos financeiros significativos.
