O cientista pesquisador Gabor Toth , da Universidade de Michigan, quer ser capaz de prever grandes tempestades solares. Ele e sua equipe querem usar essas previsões para proteger a Terra de um evento climático espacial potencialmente desastroso. Em um comunicado divulgado em 11 de agosto de 2021, ele comentou:
Existem apenas dois desastres naturais que podem afetar todo o território dos Estados Unidos. Um é uma pandemia. E o outro é um evento climático espacial extremo.
O clima espacial extremo pode ser um desastre, não apenas para nós nos Estados Unidos, mas para toda a sociedade humana. Tal evento resultaria de uma forte tempestade no sol. Não nos prejudicaria diretamente na Terra; nossa atmosfera protege nossos corpos humanos de tais danos. Mas as camadas superiores da atmosfera terrestre – e a magnetosfera terrestre – podem ser afetadas. Uma poderosa explosão solar tem o potencial de fritar aparelhos eletrônicos e derrubar redes elétricas em todo o mundo. Felizmente, não tivemos um evento climático espacial verdadeiramente importante desde 1859. Talvez você tenha ouvido falar do que é chamado de Evento Carrington de 1859? Resultou de uma poderosa tempestade solar que atingiu a Terra com plasma solar. Ele fritou fios de telégrafo e produziu auroras tão brilhantes em todo o mundo que os pássaros voaram, pensando que a aurora-luz era a luz do dia.
As tecnologias modernas (como o telégrafo) eram esparsas em 1859. Mas uma tempestade solar hoje, da mesma magnitude que a tempestade Carrington Event, teria consequências muito maiores. Nosso mundo agora está repleto de tecnologia. Em um evento Carrington moderno, a eletrônica e as redes de energia seriam fritas, os sistemas de posicionamento global seriam interrompidos e os astronautas e viajantes de alta altitude seriam atingidos por rajadas de radiação solar. Toth disse:
Temos todos esses ativos tecnológicos que estão em risco. Se um evento extremo como o de 1859 acontecesse novamente, destruiria completamente a rede elétrica e os sistemas de comunicação e satélite. As apostas são muito maiores.
É por isso que Toth e sua equipe querem encontrar uma maneira de ter uma previsão mais avançado, pois uma grande explosão solar está prestes a acontecer. Os modelos de computador atuais fornecem apenas cerca de 30 minutos de aviso prévio de um grande sinalizador. A equipe de Toth deseja estender esse tempo de espera para até três dias.
Toth e sua equipe trabalham dentro do programa Clima Espacial com Incertezas Quantificadas , financiado pela National Science Foundation (NSF) e NASA. O programa inclui equipes de pesquisa de várias disciplinas que estão tentando criar melhores modelos de computador para a previsão do tempo espacial. Como disse Vyacheslav Lukin da NSF:
A necessidade é reconhecida há algum tempo, e o portfólio de seis projetos, o de Gabor Toth entre eles, envolve não apenas os principais grupos universitários, mas também Centros da NASA, Departamento de Defesa e Laboratórios Nacionais do Departamento de Energia, bem como o setor privado.
A Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) atualmente emite uma previsão do tempo espacial . Essa previsão é criada por meio de um modelo que Toth ajudou a desenvolver. A NOAA começou a usar um modelo de previsão do tempo espacial atualizado – chamado Geospace Model Version 2.0 – no início deste ano. E Toth e sua equipe também participaram dessa atualização. Ele comentou:
Estamos constantemente aprimorando nossos modelos. A principal mudança na versão 2 foi o refinamento da grade numérica na magnetosfera, várias melhorias nos algoritmos e uma recalibração dos parâmetros empíricos.
O modelo geoespacial da equipe concentra-se no ambiente magnético e de plasma ao redor da Terra, sua magnetohidrodinâmica . Esses são os elementos que desempenham um papel fundamental no clima espacial nas proximidades da Terra. O modelo prevê distúrbios magnéticos que afetariam sistemas importantes na Terra, como redes de energia. Essas previsões podem permitir um aviso prévio aos operadores da rede elétrica e outros em posições semelhantes para mitigar o problema.
Para fornecer um tempo de espera tão longo quanto o previsto por Toth e sua equipe – um tempo de espera de três dias – exigirá que os cientistas monitorem o que está acontecendo na superfície solar antes mesmo que as ejeções tenham saído do sol. Toth disse:
No momento, estamos usando dados de um satélite medindo parâmetros de plasma a 1 milhão de milhas de distância da Terra.
Os cientistas gostariam de fazer observações remotas das ejeções de massa coronal do Sol , que produzem enormes explosões de matéria semelhantes a labaredas que são visíveis em raios-X e luz ultravioleta. Toth explicou:
Isso acontece cedo no sol. A partir desse ponto, podemos executar um modelo e prever o tempo de chegada e o impacto dos eventos magnéticos.
Um passo importante para realizar tudo isso será os cientistas criarem algoritmos novos e mais rápidos. Toth usa o supercomputador Frontera no Texas Advanced Computing Center . O supercomputador Frontera é considerado o sistema acadêmico mais rápido do mundo.
Uma melhoria algorítmica que Toth e sua equipe fizeram foi combinar os aspectos cinéticos e fluidos dos plasmas em um modelo de simulação. Isso pode aumentar as velocidades do modelo de clima espacial em 10 a 100 vezes. Toth explicou:
As pessoas tentaram antes e falharam. Mas nós fizemos funcionar. Nós vamos um milhão de vezes mais rápido do que as simulações de força bruta, inventando algoritmos e aproximações inteligentes.
A equipe de Toth foi capaz de executar o modelo Geospace completo mais rápido do que em tempo real em uma única unidade de processamento gráfico, que é o que os futuros supercomputadores contarão. Para rodar seu modelo nessa velocidade em um supercomputador tradicional, seriam necessários pelo menos 100 núcleos de CPU . Toth disse:
Demorou um ano inteiro de desenvolvimento de código para fazer isso acontecer. O objetivo é executar um conjunto de simulações de forma rápida e eficiente para fornecer uma previsão do tempo espacial probabilística.
A previsão probabilística ajudará os cientistas a localizar previsões para pequenas regiões da Terra e responder a perguntas específicas. Toth explicou:
Devemos nos preocupar em Michigan ou apenas no Canadá? Qual é a corrente máxima induzida que transformadores específicos experimentarão? Por quanto tempo os geradores precisarão ser desligados? Para fazer isso com precisão, você precisa de um modelo em que acredite. Seja o que for que prevamos, sempre há alguma incerteza. Queremos dar previsões com probabilidades precisas, semelhantes às previsões do tempo terrestre.
Serão necessárias milhares de simulações nos próximos anos para atingir esses objetivos. Mas espero que o futuro da previsão precisa do tempo solar chegue … antes que a próxima tempestade chegue.
Resumindo: para nos proteger do clima espacial, os cientistas estão criando melhores modelos de computador para prever rapidamente quando e onde uma tempestade atingirá a Terra.
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