https://fremont.ninkilim.com/articles/we_live_inside_an_electric_circuit/pt.html
Quando as pessoas ouvem o termo clima espacial, podem pensar em erupções solares que perturbam satélites ou auroras que brilham na noite polar. No entanto, em sua essência, o clima espacial não é mais exótico do que o comportamento de partículas carregadas que fluem do Sol.
As camadas externas do Sol são um plasma fervente: tão quente que elétrons e prótons não estão mais presos em átomos, mas se movem livremente. Como um filamento colossal em um tubo de vácuo, o Sol emite continuamente esse fluido eletricamente condutor conhecido como vento solar. Ele flui pelo sistema solar a centenas de quilômetros por segundo, carregando elétrons, prótons, partículas alfa e campos magnéticos entrelaçados.
Sondas espaciais no ponto L1 – um milhão de quilômetros a montante da Terra – medem o vento solar em tempo real. Elas nos dizem quantos elétrons, prótons e íons mais pesados chegam, e com que velocidade. Em condições calmas, o vento tende a ter um leve excesso de elétrons, de modo que o espaço interplanetário carrega uma carga negativa fraca ao fundo.
Quando uma ejeção de massa coronal (CME) explode do Sol, o equilíbrio muda. Enormes bolhas de plasma e campo magnético varrem o espaço e colidem com o escudo magnético da Terra. Nos polos, parte dessa energia é canalizada para baixo ao longo das linhas de campo magnético, excitando átomos de oxigênio e nitrogênio em cortinas brilhantes de verde e vermelho: a aurora boreal no hemisfério norte e a aurora austral no hemisfério sul.
A Terra está imersa nesse ambiente há bilhões de anos. Corpos condutores imersos em plasma não permanecem neutros; eles acumulam carga. Ao longo do tempo geológico, a Terra se estabilizou em um potencial elétrico ligeiramente negativo em relação ao seu ambiente espacial.
Essa percepção é nossa transição do espaço para o céu: se a Terra é negativa e o espaço acima está banhado em elétrons e prótons, como o equilíbrio de carga ocorre na própria atmosfera? A resposta é a ionosfera.
A ionosfera começa a cerca de 50 km de altitude e se estende por centenas de quilômetros. Lá, a luz ultravioleta solar e partículas incidentes arrancam elétrons dos átomos, deixando um gás diluído de íons. Para nós na superfície, o ar parece um isolante. Mas com a altitude, a ionização aumenta rapidamente, e a condutividade cresce em várias ordens de magnitude.
A ionosfera foi descoberta na década de 1920, não por físicos, mas por engenheiros de rádio. Edward Appleton e seus colegas notaram que as ondas de rádio às vezes viajavam muito além do horizonte. Os sinais ricocheteavam em uma camada condutora no alto – o que agora chamamos de camadas E e F da ionosfera. Esse “espelho no céu” tornou possível a radiodifusão global, e o trabalho de Appleton lhe rendeu um Prêmio Nobel.
Mas além do rádio, a ionosfera tem um significado mais profundo. Imagine a Terra como uma esfera condutora que carrega uma carga negativa e a ionosfera como uma casca carregada positivamente a dezenas de quilômetros de altitude. Entre elas está a atmosfera: não um vácuo perfeito, não um isolante perfeito, mas um dielétrico com vazamentos. Juntas, elas formam um capacitor esférico, carregado a cerca de +250.000 volts.
Na superfície, esse potencial aparece como o campo elétrico atmosférico de bom tempo: cerca de +100 a +300 volts por metro, direcionado para baixo. Em outras palavras, a ionosfera positiva atrai elétrons para cima, deixando a superfície relativamente negativa. Como o ar se torna mais condutor com a altitude, a maior parte dessa queda de tensão ocorre nos 10-15 km mais baixos – a troposfera, onde estão todas as nuvens e o clima.
Em condições calmas, esse campo é estável, modulado apenas pelo ritmo global de todas as tempestades do mundo – um ciclo diário conhecido como curva Carnegie. No entanto, essa base tranquila prepara o palco para o drama das tempestades.
Dentro de uma nuvem cumulonimbus em crescimento, trilhões de partículas de gelo e gotículas colidem. Cada uma carrega íons: H⁺ e OH⁻, constantemente presentes na água. O campo elétrico ambiente influencia como essas cargas se movem. Pequenos cristais de gelo tendem a adquirir carga positiva e são levados para cima por correntes ascendentes, enquanto graupel mais pesado acumula carga negativa e afunda para níveis intermediários.
O resultado é uma estrutura tripolar:
Essa separação reflete um famoso experimento do século XIX. Em 1867, Lord Kelvin – mais conhecido pela escala de temperatura termodinâmica – construiu um dispositivo usando apenas água pingando, anéis e baldes. O gerador de gotas d’água de Kelvin explorava pequenos desequilíbrios iônicos em gotas caindo. Com uma indução inteligente, essas flutuações eram amplificadas até que faíscas de milhares de volts saltavam do aparelho.
O dispositivo de mesa de Kelvin era uma tempestade em miniatura. As nuvens são apenas versões maiores da mesma fábrica de cargas, impulsionadas pela gravidade, convecção e colisões.
A maioria dos raios que vemos vem da camada intermediária negativa que se descarrega para o solo. Mas às vezes, a região positiva superior libera sua carga. Esses raios positivos são muito mais poderosos, transportam correntes maiores e alcançam dezenas de quilômetros lateralmente – os infames “raios do céu claro”. Raros, mas mortais, são o oposto do campo de bom tempo: o topo positivo da nuvem descarrega diretamente para a Terra.
Cada tempestade, portanto, atua como um gerador, bombeando carga positiva para a ionosfera e carga negativa para o solo. Coletivamente, as cerca de 2.000 tempestades ativas da Terra mantêm o potencial global de 250 kV, reabastecendo o que de outra forma vazaria. As tempestades não são apenas eventos climáticos; são as usinas de energia do circuito elétrico do planeta.
Por séculos, acreditava-se que os raios estavam confinados abaixo da base da nuvem. Mas o circuito funciona em ambas as direções. As tempestades também descarregam para cima, para a ionosfera, às vezes até o espaço próximo.
Na década de 1990, satélites em busca de explosões de raios gama cósmicos detectaram algo inesperado: flashes de raios gama de milissegundos provenientes da própria Terra. Esses flashes de raios gama terrestres (TGFs) são produzidos quando campos elétricos no topo das tempestades aceleram elétrons a velocidades quase relativísticas, colidindo com moléculas de ar e emitindo raios gama. Uma tempestade se torna um acelerador de partículas natural, rivalizando com máquinas feitas pelo homem.
Muito antes de os satélites confirmarem isso, pilotos em alta altitude sussurravam sobre luzes estranhas: brilhos vermelhos, cones azuis, anéis semelhantes a halos acima das tempestades. Pilotos de U-2 na década de 1950 podem ter sido alguns dos primeiros a vê-los, mas seus relatos foram descartados como ilusões ópticas. Somente no final do século XX as câmeras os capturaram:
Juntos, esses são eventos luminosos transitórios (TLEs) – os raios ocultos do céu, conectando tempestades à ionosfera. Eles provam que as tempestades não são locais, mas atores globais, injetando energia e partículas para cima, perturbando a propagação de rádio, órbitas de satélites e até cinturões de radiação.
Começamos com o clima espacial como algo imposto à Terra. Agora vemos o oposto: a própria Terra gera clima espacial, por meio do trabalho de suas tempestades.
Agora, o contorno está claro: a Terra, a ionosfera e o espaço estão ligados em um circuito elétrico global. No entanto, esse tópico cai desajeitadamente entre disciplinas.
O resultado é que a eletricidade atmosférica escorrega pelas frestas. Relatórios climáticos padrão fornecem temperatura, pressão, vento e umidade – mas não o campo atmosférico estático, embora ele possa ser medido com um simples moinho de campo.
Já temos modelos. Redes de raios (Blitzortung, ALDIS, EUCLID) mostram a atividade de tempestades em tempo real rastreando sferics, os pulsos de rádio dos raios. Por que não construir o mesmo para campos elétricos estáticos?
Uma rede assim poderia:
Muitos observatórios já medem a eletricidade atmosférica, mas os dados estão dispersos e escondidos. Um esforço global coordenado chamado GLOCAEM (Coordenação Global de Medições de Eletricidade Atmosférica) foi lançado há apenas alguns anos, conectando cerca de 20-30 estações da Europa, Ásia, África e Américas. Alguns desses locais – como o Observatório Conrad na Áustria, Lomnický Štít na Eslováquia e Eskdalemuir na Escócia – têm uma longa história de monitoramento contínuo do gradiente de potencial.
Mas, ao contrário das redes de raios como Blitzortung, esses fluxos de dados permanecem em grande parte nas mãos dos pesquisadores. Gráficos em tempo real existem, mas não são amplamente divulgados ou projetados para uso público. Para a maioria das pessoas – até mesmo estudantes de física – o campo atmosférico permanece invisível.
Essa é a lacuna: não a medição, mas a acessibilidade. O que é necessário é a tradução de arquivos científicos em painéis públicos e APIs abertas, da mesma forma que as redes de sferics tornaram a atividade das tempestades algo que qualquer um pode acompanhar ao vivo. Uma camada de ciência cidadã sobre as redes de pesquisa existentes poderia fechar o circuito – transformando gráficos ocultos de observatórios em uma variável climática “quinta” viva.
Vivemos dentro de um circuito elétrico. A Terra é a placa negativa, a ionosfera a positiva, e as tempestades são os geradores. Os raios são apenas o sintoma mais visível. Sprites, jatos, raios gama e correntes de bom tempo são o resto.
Trazer essa dimensão oculta do clima para o domínio público – abrindo dados e construindo redes – completaria nosso entendimento do céu. Isso nos daria melhores ferramentas de previsão, novas perspectivas sobre clima e saúde, e restauraria um senso de maravilha: a percepção de que o mundo em que caminhamos não apenas gira no espaço, mas brilha, zumbe e faisca dentro de uma máquina elétrica em escala planetária.