One Swallow Does Not Make a Summer: 160 Years of Richard Carrington’S Legacy)

Uma andorinha sónãofaz verão:160 anos do legado de Richard Carrington

(One swallow does not make a summer: 160 years of Richard Carrington’s legacy)

D. M. Oliveira1, 2, ∗ 1NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt MD, United States 2Goddard Planetary Heliophysics Institute, University of Maryland Baltimore County, Baltimore, MD United States No dia 1o de setembro de 1859, o astrônomobritânicoRichard Carrington observou um comportamento anômalono Sol. Aproximadamente 17 horas depois, efeitos magnéticosde escalas globais foram observados na Terra: auroras boreais e austrais em regiõesde baixas latitudes, e falhas em equipamentos telegráficosna Europa e Américado Norte. Hoje, 160 anos depois, sabemos que essa conexãosolar-terrestre controla a atividade magnéticano espa¸copróximoda Terra e sua superf´ıcie, e seus efeitos são objetos de uma disciplina denominada clima espacial. O objetivo principal deste modesto trabalho éapresentar brevemente ao leitor as observa¸cõesde Carrington e as descobertas que levaram àconexãoentre fenômenosmagnéticossolares e terrestres. Tambémsãobrevemente discutidas as implica¸cõesdesta descoberta ao clima espacial com ênfasena importânciada prote¸cão de aparelhos tecnológicospresentes no geoespa¸coe no solo, alémde uma breve discussãodo futuro da disciplina nas próximasdécadas. Palavras-chave: Evento de Carrington, Intera¸cõesSol-Terra, Clima espacial.

On 1 September 1859, the British astronomer Richard Carrington observed an anomalous beha- vior on the Sun. Approximately 17 hours later, magnetic effects of global scales were observed at Earth: aurora borealis and australis in low-latitude regions, and telegraphic equipment failures in Europe and North America. Nowadays, 160 years later, we know that solar-terrestrial connections control the magnetic activity in the geospace and on the ground, and their effects are subject of a discipline named space weather. The main goal of this modest work is to briefly present to the reader Carrington’s observations and the discoveries that led to the connection between solar and terrestrial magnetic phenomena. Implications of this discovery to space weather with emphasis on the protection of technological systems in the geospace and on the ground, and a brief discussion on the future of the discipline, are briefly presented as well. Keywords: Carrington’s event, Solar-terrestrial interactions, Space weather.

Published in Revista Brasileira de Ensino de F´ısica,(2020), 42(1), http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2019-0213

1. O astrônomoRichard Carrington aparecimento de novas manchas solares em extensõeslati- tudinais do equador solar, entre 30◦ e 40◦ dos dois hemis- frios, que diminuem com o avan¸codo ciclo solar [1, 3, 4]. Richard Christopher Carrington (1826-1875) foi um Devido a sua forma peculiar, os gráficosdos resultados astrônomobritânicoamador interessado em observa¸cões dessas observa¸cõessãodenominados diagramas borbole- solares. Carrington observava diariamente a dinâmica tas [5, 6]. Entretanto, tal fenômenofoi primeiramente da superf´ıciesolar, tomando notas e armazenando dados observado por Carrington. O livro de Stuart Clark conta em detalhes minuciosos. Com o resultado de sua análise a históriados fatos que culminaram na tragédiaque con- de manchas solares [1–3] ele descobriu que tais manchas sistiu a vida de Richard Carrington [7]. executam movimentos latitudinais e a contagem destas Em geral, Richard Carrington nãoéconhecido na co- apresenta númerosmáximoscom per´ıodos de aproxima- munidade cient´ıfica atual somente pelo nãoreconheci- damente 11 anos, o que ficou posteriormente conhecido mento de seus trabalhos em sua época, mas também como ciclo de atividade solar, ou simplesmente ciclo so- éconhecido por ser o primeiro a observar claramente lar. Infelizmente, devido a problemas pessoais e fami- uma erup¸cãosolar e associá-la,de maneira cuidadosa, liares, Carrington nãoteve a oportunidade de publicar a fenômenos magnéticos terrestres. Curiosamente, o seu trabalho e apresentar seus resultados. A descoberta evento de Carrington, como éconhecido hoje, nãoéso- do ciclo solar écreditada ao astrônomoalemãoGustav mente a primeira erup¸cãosolar a ser observada, mas é Spörer(1822-1895), que executou suas observa¸cõesinde- tambéma erup¸cãosolar com as consequênciasmais in- arXiv:1910.02795v2 [physics.hist-ph] 17 Oct 2019 pendentemente de Carrington. Spörertambém descobriu tensas ao ambiente terrestre observadas e registradas na a lei que leva seu nome, que consiste na observa¸cãodo história.O objetivo deste trabalho érevisar as descobertas que levaram àconexãoentre as atividades magnéticas solar e terrestre, e reconhecer a importânciado evento de Carrington no avan¸co do entendimento desta conexãoe ∗Electronic address: [email protected] seu impacto na disciplina denominada clima espacial. 2

2. Conexõesentre efeitos magnéticos solares e terrestres sãoestabelecidas

As manchas solares foram descobertas por Galileu Ga- lilei (1564-1642) atravésde observa¸cõespor telescópios no in´ıciodo séculoXVII [8]. Entretanto, houve pouco progresso nas observa¸cõesde manchas solares no século seguinte, com exce¸cão às observa¸cões do astrônomo britânicoAlexander Wilson (1714-1786) que associou as manchas solares1 a “buracos”na superf´ıcie do sol [9]. Existem dados de manchas solares colhidos durante o séculoXVIII, mas estes dados nãosãoconfiáveis devido sua esporacidade e métodos imprecisos utilizados em sua coleta [1, 3, 10]. O estudo de manchas solares teve um impulso consi- Figura 1: Diagrama esquemáticoproduzido por Carrington mostrando as massivas manchas solares observadas por ele derável gra¸casao trabalho do farmacólogoalemãoSamuel em 1o de setembro de 1859. Extra´ıdoda referência[17]. Heinrich Schwabe (1789-1875), cujos resultados foram di- vulgados na revista Astronomische Nachrichten [11], uma das primeiras revistas cient´ıficasdedicadas àastronomia. nos subúrbiosde Londres, quando percebeu uma ati- Em seu trabalho, Schwabe identificou um ciclo de 10 anos vidade diferente na superf´ıciesolar. Carrington obser- associado ao númerode manchas solares. Apósrefinadas vou uma emissãosolar extremamente brilhante que hoje observa¸cõesexecutadas por Rudolf Wolfe (1816-1893), édenominada erup¸cãosolar. Maravilhado por sua ob- o per´ıodo do ciclo solar foi corrigido para o valor mais serva¸cãoe na ânsiade encontrar uma outra pessoa para real´ısticode 11 anos [12, 13], que consiste na alternância observar e testemunhar o fenômeno,Carrington deixou entre dois máximosou m´ınimosconsecutivos. O trabalho seu laboratóriomomentaneamente. Quando voltou, para de Schwabe ganhou importânciaapósser popularizado sua “mortifica¸cão”,o clarãohavia desaparecido. Gra¸cas pelo famoso cientista alemãoAlexander von Humboldt as suas habilidades observacionais, Carrington desenhou em seu livro Cosmos [14]. suas observa¸cõese enviou uma discussãodos resultados O astrônomoe militar britânicoEdward Sabine (1788- àrevista Monthly Notes of the Astronomical Society, pu- 1883) teve um papel importante na execu¸cãodas Cruza- blicado em novembro de 1859 [17]. das Magnéticas,financiadas pela Coroa Britânicana ten- O desenho publicado por Carrington émostrado na tativa de estudar o campo magnéticoterrestre [15]. Por Fig. 1. A descri¸cãodo evento, assim como da figura, volta do in´ıciodo séculoXIX, era amplamente conhecido étraduzida abaixo diretamente do artigo de Carrington que o campo magnéticoda Terra era altamente variável, [17] (trêspontos entre colchetes indicam texto omitido e tais varia¸cões interferiam na orienta¸cão de agulhas pelo autor e textos entre colchetes foram adicionados pelo magnéticas,produzindo, por exemplo, grande impacto autor): nos instrumentos de navega¸cão[7, 13, 15]. Ao analisar esses dados, Sabine descobriu que as varia¸cõesmagnéticas “Enquanto trabalhava na manhãde ter¸ca- associadas com movimentos de agulhas magnéticascoin- feira, 1o de setembro [de 1859], durante mi- cidiam estritamente com os númerosde manchas sola- nhas observa¸cõescostumeiras da forma e das res descobertos por Schwabe e refinados por Wolfe [16]. posi¸cõesdas manchas solares, eu presenciei Como resultado, uma eventual conexãoentre fenômenos uma apari¸cãoa qual acredito ser extrema- solares e magnetismo terrestre foi claramente identificada mente rara. A imagem do disco do Sol era, pela primeira vez na históriada f´ısicasolar. Entretanto, como sempre, projetada por mim [...] para uma andorinha solitáriaera necessáriapara anunciar a produzir uma fotografia de aproximadamente chegada do verão. 11 polegadas [27.94 cent´ımetros]de diâmetro. No dia 1◦ de setembro de 1859, Carrington observava o Eu tinha diagramas confiáveis de todos os Sol com seu telescópioem sua casa, na cidade de Redhill, grupos de manchas solares [...] quando dentro da áreado grande grupo ao norte [...] duas áreasintensamente brancas e brilhantes sur- giram, nas posi¸cõesindicadas no diagrama 1 Hoje, sabemos que manchas solares sãoregiõesde temperatu- anexado [Fig. 1] pelas letras A e B, e das for- ras superficiais reduzidas relativamente ao seu entorno, causa- mas dos espa¸cosdeixados em branco. Minha das por fluxos magnéticosintensos, que inibem o processo de primeira impressão foi que por alguma chance conveçcãode plasma (por isso o caráterescuro das manchas). um raio de luz tinha penetrado por um bu- Explosõessolares ocorrem devido a um processo denominado re- conexãomagnética que por sua vez lan¸camgrandes quantidades raco na tela anexada ao objeto, pelo qual a do plasma solar com energia cinéticaintensa no espa¸cointerpla- imagem era direcionada àsombra, pois a lu- netário[5]. minosidade era muito semelhante àluz solar 3

Figura 2: Perturba¸cõesda componente horizontal do campo magnéticoterrestre, ou a soma vetorial de suas componentes nas dire¸cõesleste e norte, registradas por magnetômetrosde solo localizados no observatóriomagnéticoKew (coordenadas geográficas51◦28’ N, 359◦41.0’ L) durante o evento de Carrington (1-2 de setembro de 1859). A tempestade magnética occorreu devido àintensifica¸cãoda corrente anelar e àredu¸cãosevera da componente horizontal do campo magnéticoterrestre [18, 19]. Este diagrama foi publicado originalmente na referência[20], e aqui adaptado da referência[13].

direta; mas, [...] eu presenciei um fenômeno 3. A andorinha solitáriado verãode 1859 muito diferente. Entãoeu anotei a hora pron- tamente pelo cronômetro, e vi a explosãoau- O diagrama da perturba¸cãona componente horizon- mentar rapidamente, [...], eu apressadamente tal do campo magnéticoterrestre reportada por Stewart corri para buscar alguémpara testemunhar (Fig. 2) tambémmostra uma outra perturba¸cãoque a exibi¸cãocomigo, mas retornando dentro de ocorreu aproximadamente às05:00 h (hora local de Gre- 60 segundos, eu fui mortificado ao encontrar enwich), ou 17.6 h depois do crochêmagnético. A per- que [o clarão]tinha mudado e enfraquecido. turba¸cão foi tãointensa que as medidas atingiram e ultra- Muito brevemente depois os últimostra¸cosse pasarram a escala máximados instrumentos, saturando foram, e embora eu tenha permanecido assis- as medi¸cões [20]. De fato, de acordo com o nosso co- tindo [o aparato] estritamente por aproxima- nhecimento atual, os únicosinstrumentos que fornece- damente 1 hora, nada ocorreu novamente. Os ram medidas nãosaturadas durante aquele evento foram últimostra¸cosocorreram em C e D, as áreas os instrumentos da esta¸cãomagnéticaColaba, localizada que viajaram consideravelmente das suas pri- em Bombaim (hoje Mumbai), Índia [22]. meiras posi¸cõese desaparecendo como dois pontos brilhantes de luz branca. A hora da Os efeitos dessa perturba¸cãono campo magnéticoter- primeira explosãonãofoi diferente de 15 se- restre, ou tempestade magnética,foram rapidamente no- gundos de 11 h:18 min, hora local de Gre- tados em escalas globais. Auroras boreais e austrais fo- enwich, e 11 h:23 min foi anotada como a hora ram vistas em diversas regiõesde baixas latitudes (me- do desaparecimento.” nores que 60◦), incluindo Hava´ı,Flórida,e Washington, D.C. nos Estados Unidos [23–25], México[26], Colômbia [27], Espanha [28], Austrália [29], Asia´ Oriental [30] De acordo com seu relato, Carrington observou a o e Chile, Portugal, leste da Rússia, Austrália e Nova erup¸cãosolar entre 11 h:18 min e 11 h:23 min do dia 1 de Zelândia[31]. A Fig. 3 mostra um diagrama represen- setembro de 1859. Balfour Stewart (1828-1887) reportou tando uma aurora austral vermelha observada na cidade sobre a ocorrênciade uma perturba¸cãomagnéticamo- de Melbourne, Austrália,no dia 2 de setembro de 1859 derada registrada pelo observatório de Kew, no sudoeste [25, 32]. Testemunhas reportaram ter visto fios e equi- de Londres, “o mais próximode 11 h:15 min [hora local pamentos telegráficosem chamas nos Estados Unidos, de Greenwich] poss´ıvel”[20]. Esta perturba¸cãoémos- Canadáe Europa [33]. Em Washington, D.C., popula- trada na Fig. 2. Hoje sabemos que essa perturba¸cão, 2 res solicitaram a ajuda de bombeiros porque interpreta- denominada crochê magnético,éuma perturba¸cãoda ram uma aurora vermelha intensamente brilhante como camada superior ionizada da atmosfera terrestre (isto é, um incêndiode grandes propor¸cõesnos arredores da ci- a ionosfera) causada por erup¸cões solares intensas [13]. dade [7, 34]. Ainda na mesma cidade, um operador de Coincidentemente, outro astrônomo,Richard Hodgson telégrafofaleceu em resultado de um choque elétrico pro- (1804-1872) [21], tambémobservou, ao norte de Londres, veniente das teclas do aparelho, e uma outra fatalidade a mesma erup¸cãosolar em um intervalo de tempo coin- semelhante tambémocorreu na cidade da Filadélfia,nos cidente com as observa¸cõesreportadas por Carrington Estados Unidos [7]. Entretanto, pelo menos com base na [17]. ausênciade relatos da época, auroras austrais nãoforam observadas no territóriobrasileiro durante o evento de Carrington devido a latitudes magnéticasextremamente baixas do Brasil durante aquela época [31]. 2 Esta perturba¸cãotem esse nome por apresentar, quando repre- sentada por um gráficode sérietemporal, uma semelhan¸cacom Apesar dessas evidênciasmarcantes representadas pe- uma agulha de crochê. las atividades magnéticase seus resultados discutidos 4

Figura 3: Diagrama de uma aurora austral observada em Melbourne, Austrália,durante o evento de Carrington. Esta figura foi originalmente publicada na referência [32], e mostrada aqui como extra´ıdada referência[25]. acima, Carrington foi muito cuidadoso e tentou evitar cálculosde Lord Kelvin estavam corretos quando con- uma poss´ıvel conexãoentre erup¸cõessolares e efeitos siderava o espa¸cointerplanetáriocompletamente vazio. magnéticosterrestres. Richard Carrington escreveu em No entanto, ele ignorava a existênciade um fluxo cons- seu artigo one swallow does not make a summer, ou uma tante de part´ıculaseletricamente carregadas provenientes andorinha sónãofaz verão[17]. Esse mistériofoi então do Sol viajando com um campo magnéticoaprisionado a deixado para ser desvendado pelas futuras gera¸cõesde elas, conhecido hoje como o vento solar [19, 36, 37]. En- f´ısicossolares e geof´ısicos. tretanto, esta conexãocome¸coua ser mais aceita apósos trabalhos de E. Walter Maunder (1851-1926), que encon- trou uma rela¸cãorecorrente entre um per´ıodo de aproximadamente 27 dias (uma rota¸cãode Carrington) e ativi- 4. Uma explica¸cãodefinitiva éfornecida dade magnéticaterrestre [38]. Os trabalhos do cientista norueguês Kristian Bir- O progresso do entendimento das rela¸cõesentre ati- keland (1867-1917) com os “experimentos de ter- vidades magnéticassolares e terrestres foi relativamente rela”contribu´ıramcom o entendimento da natureza f´ısica lento durante o final do séculoXIX e in´ıciodo séculoXX. do vento solar. Ao lan¸carum feixe de elétronsna dire¸cão Tal lentidãotem duas explica¸cões: primeiro, os instru- de uma esfera metálicamagnetizada (terrella), Birkeland mentos de medi¸cãoeram muito rudimentares e satélites notou o aparecimento de estruturas parecidas com auro- presentes no espa¸cointerplanetárioinexistiam na época; ras boreais e austrais em ambos hemisférios[39]. Ele atri- segundo, devido a raridade de eventos intensos e a falta buiu esses efeitos ànatureza de radia¸cãocorpuscular do de uma amostra estat´ısticacom um númerorazoável de feixe de elétrons.O matemáticoe geof´ısicobritânicoSyd- eventos, tal conexãoera frequentemente desafiada, como ney Chapman (1888-1970) usou a hipótesecorpuscular o fez Lord Kelvin (William Thonmson, 1824-1907). Lord de Birkeland para construir uma teoria de tempestades Kelvin, baseado em cálculos de conserva¸cão de ener- magnéticas[40], gerando o conceito da estrutura que hoje gia, concluiu que nosso Sol éincapaz de gerar energia éconhecida como a magnetosfera terrestre [5, 37, 41]. para produzir uma tempestade magnética[13, 35]. Os Com respeito ao evento de Carrington, duas perguntas 5

01/09/1859 [166.4] 25/09/1909 [64.7] 04/10/1957 (Sputnik) 04/02/1872 [200.3] 15/05/1921 [146.9] 07/09/2017 [43.7] M´ediaanual de manchas solares – Dados do SILSO 300 Era espacial 250 1989 [170.4] - 2003 [97.8]

200

150

100 anual de manchas solares # 50

0 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 ano

Figura 4: Gráficomostrando médiasanuais de manchas solares no per´ıodo 1800 a 2018. Os dados foram obtidos do SILSO website, veja se¸cão5 (Sunspot Index and Long-term Solar Observations). As linhas tracejadas mostram tempestades magnéticas conhecidas das quais alguns registros históricostêmsido encontrados recentemente. Os números entre colchetes correspondem àsmédiasmensais de manchas solares registradas para o mêsde ocorrênciada tempestade magnética. A áreahachurada em cinza corresponde ao intervalo conhecido como Era Espacial, que se iniciou com o lan¸camento do satélitesoviético Sputnik, enquanto que a áreahachurada amarela mostra o intervalo entre a tempestade magnéticade mar¸code 1989 e as tempestades magnéticasde 2003 que, por terem ocorrido no final do mêsde outubro, foram denominadas como as tempestades de Halloween. ainda nãotinham sido respondidas: o que foi causado 5. Atividade solar e clima espacial na superf´ıcieda Terra, e/ou no ambiente espacial no entorno desta pela erup¸cãosolar observada por Carring- A Fig. 4 mostra dados de médiasanuais de man- ton? O crochêmagnético, a perturba¸cãomagnéticasub- chas solares dispon´ıveis no website SILSO (Sunspot Index sequente, ou ambos? Uma evidênciade que perturba¸cões and Long-term Solar Observations, http://www.sidc. magnéticas,cujas assinaturas sãosemelhantes ao crochê be/silso/datafiles) [44, 45]. O gráfico(linha preta magnético,podem ser causadas por erup¸cõessolares foi cont´ınua) mostra dados de manchas solares de 1800 até fornecida pelo cientista americano J. Howard Dellinger 2018. (1886-1962), que explicou que interferênciasem ondas A figura mostra claramente que o registro temporal de rádiode curto comprimento de onda (10 cm – 10 do númerode manchas solares apresenta per´ıodos de al- m) podem ocorrer coincidentemente com erup¸cõessolares ternânciaentre máximose m´ınimos, cujo per´ıodo, de [13, 42]. aproximadamente 11 anos, édefinido como o ciclo solar. A figura tambémmostra um intervalo com aproximada- A resposta final àquestãosobre o evento de Carrington mente 19 ciclos. A linha tracejada vermelha da Fig. 4 foi finalmente fornecida pelo geof´ısicoe estat´ısticoalemão indica o evento de Carrington de 1o de setembro de 1859. Julius Bartels (1899-1964). Baseado nas descobertas de A médiamensal de manchas solares para aquele mêsfoi Dellinger [42], Bartels [43] conectou o crochêmagnético de 200.9. As caracter´ısticas da erup¸cãosolar e da ativi- registrado pelo observatóriode Kew [20] àerup¸cãoso- dade magnéticaterrestre subsequente, principalmente ao lar observada por Carrington [17], e associou a ideia de que diz respeito a auroras brilhantes e efeitos em equipa- emissõessolares corpusculares de Birkeland [39] e Chap- mentos telegráficos,têmsido amplamente discutidos na man [40] àperturba¸cãogeomagnética intensa registrada literatura [7, 10, 13, 17, 22, 31, 33, 46]. pelo mesmo observatório[20]. Portanto, o evento de Car- A tempestade magnéticade 4 de fevereiro de 1872 rington era explicado corretamente pela primeira vez na tambémcausou visualiza¸cõesdeslumbrantes de auroras históriada geof´ısicae heliof´ısica. Depois de duas décadas boreais e austrais em regiõesde baixas latitudes em áreas do trabalho de Bartels, a explora¸cãodo geoespa¸cose ini- diferentes do globo, alémde danos consideráveis em sis- ciava. temas telegráficos[47–49]. A posi¸cãodesta tempestade 6 magnéticana evolu¸cãotemporal das manchas solares é energia elétricae transformadores), produzindo as de- mostrada na Fig. 4 por uma linha tracejada cinza. A nominadas correntes geomagnéticas induzidas (do inglês médiamensal do númerode manchas solares para feve- geomagnetically induced currents, GICs) [60–62]. Além reiro de 1872 é200.3. A linha tracejada verde indica do blecaute em Quebec, GICs de alta intensidade causa- outra tempestade solar, no dia 25 de setembro de 1909, ram a completa destrui¸cãode um transformador de uma com médiamensal de manchas solares de 64.7. Esta usina elétricano estado de Nova Jersey, Estados Uni- tempestade superintensa3 gerou auroras boreais e aus- dos, durante a tempestade magnéticade mar¸code 1989 trais observadas na Africa´ do Sul, Japão,Austrália,Su- [63, 64]. deste Asiáticoe Oceano Índico [50, 51]. A tempestade A linha tracejada roxa da Fig. 4 mostra, dentro do magnéticade 15 de maio de 1921 (linha tracejada cor per´ıodo analisado, a últimatempestade magnéticade in- de laranja) causou sériosdanos a sistemas telegráficos, tensidade considerável que ocorreu em 7 de setembro de telefônicos,e ferroviáriosna cidade de Nova Iorque, nos 2017. Esta éuma das tempestades magnéticasmais in- Estados Unidos [52]. A médiamensal de manchas solares tensas do ciclo solar atual, o mais fraco da Era Espacial. para o mêsde maio de 1921 é146.9. A médiamensal de manchas solares durante o mêsde se- A regiãodestacada em cinza mostra a época deno- tembro de 2017 foi a mais baixa (43.7) das tempestades minada Era Espacial, que se estende do lan¸camento do magnéticasrepresentadas na Fig. 4. Apesar disso, diver- satélitesoviético Sputnik (4 de outubro de 1957) atéos sos efeitos de clima espacial têmsido associados àquela dias atuais. Sputnik tem uma importânciahistóricapor- tempestade, como, por exemplo, o aumento considerável que, alémde ser um marco da aplica¸cãotecnológicana do fluxo de part´ıulascarregadas no geospa¸co[65], inter- explora¸cãoespacial e desenvolvimento educacional [53], o ferênciaem sinais de sistemas de satélitesde GPS [66], e satélitetambémteve grande importânciana corrida ar- efeitos de GICs em transmissões elétricase oleodutos na mament´ıciaentre os Estados Unidos e a UniãoSoviética Finlândia[67]. durante o per´ıodo denominado Guerra Fria [54]. Dados Uma análisecuidadosa da Fig. 4 mostra que tempes- do Sputnik foram utilizados pela primeira vez para asso- tades solares superintensas tendem a ocorrer em torno ciar deca´ımentos bruscos de satélitesde baixas órbitasà de númerosmáximosde manchas solares, ou durante as tempestades magnéticas[55, 56]. Com respeito àativi- fases de decl´ınioe ascensãodo númerode manchas so- dade solar, curiosamente, os númerosmáximosde man- lares. Os númerosanuais e mensais de manchas sola- chas solares têmsido cada vez menores em cada ciclo res associados a essas tempestades sãogeralmente altos, solar na Era Espacial, com exce¸cãodo númeromáximo com exce¸cãoda tempestade magnéticade setembro de de manchas solares que ocorreu por volta de 1970. Como 2017. Entretanto, esta últimatempestade nãosatisfaz resultado, a atividade solar tem se reduzido enquanto a condi¸cõesbem estabelecidas para a classifica¸cãoda in- dependênciatecnológicada sociedade moderna tem au- tensidade de tempestades magnéticascomo superinten- mentado continuamente nas últimasdécadas. sas, como por exemplo a varia¸cãoabrupta da componente horizontal do campo magnéticoterrestre medida em solo A faixa hachurada em amarelo mostra um per´ıodo so- [68]. lar altamente ativo entre 1989 e 2003, com os conhecidos De acordo com a Fig. 4, as manchas solares apresen- eventos da tempestade magnéticade mar¸code 1989, que tam outro comportamento periódicopeculiar. As ampli- causou a destrui¸cãode transformadores que levou ao ble- tudes máximasde cada ciclo solar, quando observadas em caute em Quebec, no Canadá[57], e as conhecidas “tem- longo prazo (alguns ciclos solares), apresentam per´ıodos pestades de Halloween”de outubro de 2003 [58], que cau- mais longos que correspondem a 77-88 anos, ou 7-8 ciclos saram o cancelamento e adiamento de diversos voos na solares regulares. Tal fenômenoédenominado ciclo de Américado Norte [59]. Como resultado de erup¸cõessola- Gleissberg [10, 69, 70], descrito claramente por Wolfgang res intensas, part´ıculassolares provenientes do vento so- Gleissberg (1903-1986) apósanálisesdos dados de man- lar [19, 36, 37] têmacesso a regiõesde altas latitudes das chas solares de Wolfe. Háevidênciasde que esse padrão regiõessuperiores da atmosfera terrestre. Tais part´ıculas tem se repetido nos últimos12000 anos, como mostram 6 altamente energéticas(>500 MeV, or 1.0×10 eléctron- resultados de análisede 14C das varia¸cõesde isótopos volts) colidem mais frequentemente com as part´ıculas cosmogênicosassociados àatmosfera terrestre [71]. Efei- neutras da atmosfera que por sua vez interagem com tos do ciclo de Gleissberg têmsido notados recentemente aviões,aumentando doses de radia¸cãoem passageiros e em registros históricosde auroras boreais no per´ıodo de tripula¸cão, particularmente em voos transpolares [60]. 1600-2015 [70]. Durante tempestades magnéticas intensas, varia¸cõesde campos elétricosintensos na atmosfera terrestre ionizada geram correntes elétricasque, por sua vez, se acoplam a condutores artificiais no solo (linhas de transmissãode 6. Conclusão

Neste trabalho, as observa¸cõesde Richard Carrington foram brevemente apresentadas e reconhecidas como a 3 Para mais detalhes sobre critériosde categoriza¸cãoda intensi- primeira tentativa, embora de forma extremamente cau- dade de tempestades magnéticas,veja, e.g., a referência[18]. telosa, em conectar fenômenossolares com os subsequen- 7 tes fenômenosde atividade magnéticana Terra. Foi mos- 7. Uma nota pessoal trado que apósas observa¸cõesde Carrington, a compre- ensãode tal conexãocome¸coua progredir, embora de De acordo com o website www.academictree.org, Ju- forma modesta, gra¸casa descoberta da correla¸cãoestreita lius Bartels (UniversitätGöttingen, Alemanha) orientou entre atividade solar e atividade magnéticaterrestre. Na o Ph.D. de Walter Kertz (UniversitätGöttingen, Alema- primeira metade do séculoXX, ao associar os resultados nha), que orientou o Ph.D. de Fritz Manfred Neubauer experimentais obtidos por Birkeland e Dellinger, junta- (TU Braunschweig, Alemanha), que orientou o Ph.D. de mente com os resultados teóricosde Chapman, Bartels Joachim Raeder (Universitätzu Köln, Alemanha), que foi capaz de explicar o evento de Carrington pela pri- orientou o Ph.D. do autor deste trabalho na University meira vez de maneira clara e conclusiva. De acordo com of New Hampshire, Estados Unidos. A descoberta desta Bartels, o crochêmagnéticofoi causado pela erup¸cãoso- conexãoentre o autor deste trabalho e Julius Bartels, o lar (observada por Carrington), enquanto que a tempes- cientista que claramente explicou a conexãoentre even- tade magnéticafoi causada pela intera¸cãoda “radia¸cão tos magnéticossolares e terrestres, trouxe uma satisfa¸cão corpuscular”(hoje conhecida como plasma) com a mag- pessoal e especial ao autor. netosfera terrestre. O evento de Carrington foi um dos primeiros sinais da concep¸cãoda disciplina de clima espacial, e claramente abriu o caminho para o desenvolvimento da disciplina, a qual decolou apóso in´ıcioda Era Agradecimentos Espacial (1957 em diante) [72]. A históriada explora¸cão do espa¸cointerplanetárionãofaz parte do escopo deste O autor agradece a NASA (agência espacial norte- artigo, mas certamente éum assunto interessante para americana) pelo apoio financeiro através dos projetos um trabalho futuro. 13-SRITM132-0011 e HSR-520 MAG142-0062 sob con- Atualmente, o clima espacial e seus efeitos têmgrande trato com a UMBC. O autor tambémagradece ao Dr. importânciadevido ao impacto que eles podem causar em Marcos Silveira (NASA/GSFC) e ao professor Alexan- nossa sociedade moderna e altamente tecnológica.Danos dre Emygdio (ColégioExatus) pela cuidadosa leitura do a satélitesde comunica¸cõese astronautas no geoespa¸co manuscrito e pelos valiosos comentáriose sugestões.Fi- causados pelo aumento excessivo de radia¸cão,danos a re- nalmente, o autor agradece a dois árbitrosanônimospela des e sistemas de transmissãoelétricacausados por GICs, revisãodo manuscrito e pelas sugestõesfornecidas (prin- as quais tambémcausam corrosãode oleodutos, sãoal- cipalmente com respeito ao idioma Português)visando o guns exemplos [59, 60]. Como resultado, o governo dos aprimoramento deste trabalho. Estados Unidos tem recentemente reconhecido os efeitos de clima espacial como amea¸casnaturais que podem causar sériosimpactos econômicose sociais na sociedade Referências contemporânea[73, 74]. Esses relatóriostambémenfati- zam o estudo de condi¸cõesextremas durante eventos de [1] J. A. Eddy. The Maunder Minimum. Science, 192(4245): clima espacial, no qual o evento de Carrington desempe- 1189–1202, 1976. doi: 10.1126/science.192.4245.1189. nha um papel importante como evento base para análise [2] E. Echer, N. Rodolfo Rigozo, D. J. R. Nordemann, de dados e simula¸cõesnuméricas[75–77]. A combina¸cão L. E. A. Vieira, A. Prestes, and H. H. De Faria. O número de análisesde dados fornecidos por plataformas espaciais de manchas solares, ´ındiceda atividade do sol. Revista localizadas na vizinhan¸cado nosso planeta, bem como Brasileira de Ensino de F´ısica, 22(2):157–163, 2003. doi: de dados de instrumentos de solo aliadas a análisesde 10.1590/S0102-47442003000200004. modelagens computacionais aprimora o entendimento de [3] J. M. Vaquero. Historical sunspot observations: A re- clima espacial e suas consequênciasatravésde previsões view. 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Agol. maiores, pode-se concluir que o estudo de clima espa- The solar benchmark: rotational modulation of the Sun reconstructed from archival sunspot records. Monthly cial, suas aplica¸cõese previsõesterãogrande importância Notes of the Royal Astrononomical Society, 484(3):3244– e impacto no futuro de uma sociedade altamente tec- 3250, 2019. doi: 10.1093/mnras/stz199. nológica. Como resultado, nãoédif´ıcil imaginar que, [7] S. Clark. The Sun Kings – The Unexpected Tragedy of assim como previsõesdiáriasdo tempo (meteorologia), Richard Carrington and the Tale of How the Modern As- previsõesperiódicasde clima espacial marcarãopresen¸ca tronomy Began. Princeton University Press, Princeton, constante nos meios de comunica¸cãodo futuro. NJ, 2007. 8

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