Os Sinais do Sol e as Telecomunicações (AST007)

A proximidade da Terra e a enorme violência com que se manifestam certos fenômenos fazem do Sol uma potente fonte de ondas de rádios e perturbações que afetam muitos sistemas eletrônicos no nosso planeta. Neste artigo falamos um pouco das influências do "Astro Rei" no nosso planeta, especificamente nos equipamentos eletrônicos de telecomunicações.

O Sol é uma estrela de quinta grandeza e só nos parece tão grande e brilhante devido à sua proximidade.

Todas as estrelas que vemos à noite possuem uma estrutura semelhante à do nosso Sol e aparecem como simples pontos luminosos porque estão a distâncias fantásticas.

Para que você tenha uma ideia destas distâncias e do tamanho destes corpos, basta dizer que o Sol tem uma massa 1 milhão e 300 miI vezes maior do que a da Terra, situando-se a uma distância de 150 milhões de quilômetros, enquanto a estrela mais próxima está a 4,5 x 1013 quilômetros (figura 1).

 

Figura 1 – Distância relativas
Figura 1 – Distância relativas

 

A luz, que consegue vir do Sol em apenas 8 minutos e pouco demora 4 anos e meio para vir da estrela mais próxima a AIfa-Centauri, até aqui.

As estrelas como o Sol consistem em enormes bolas de gases incandescentes, com predominância do Hidrogênio e do Hélio.

A temperatura na superfície do Sol é da ordem de 6000 graus, mas em seu interior ela sobe para 10 milhões de graus ou mais.

Nesta temperatura os átomos perdem todos os elétrons, ou seja, ficam sem a eletrosfera, consistindo praticamente em núcleos isolados de prótons e nêutrons, o que aumenta a probabilidade de seus choques.

E é nesses choques que ocorrem as reações que transformam núcleos de hidrogênio em hélio, com a liberação da energia que mantém o Sol aquecido (figura 2).

 

Figura 2 – Como o sol produz energia
Figura 2 – Como o sol produz energia

 

Em suma, o Sol é uma espécie de reator nuclear que consome hidrogênio produzindo hélio é com isso liberando energia na forma de luz e calor, além de outras radiações.

Se levarmos em consideração as elevadas temperaturas e o próprio tamanho do Sol, é de se esperar que as coisas naquele astro ocorram algumas vezes de modo bastante violento.

De fato, além das turbulências, normais que ocorrem com a movimentação de matéria, de tempos em tempos ocorrem violentas explosões que lançam a milhares de quilômetros de altura enormes quantidades de matéria.

Estas labaredas devidas às explosões solares lançam ao espaço enormes quantidades de energia que chegam a afetar a Terra (f¡gura 3).

 

Figura 3 – As labaredas do sol
Figura 3 – As labaredas do sol

 

Além disso, aparecem manchas na superfície do Sol que correspondem a regiões mais frias, mas que na verdade são torvelinhos de matéria capazes de produzir perturbações magnéticas de grande intensidade.

Estas turbulências todas não ocorrem de maneira contínua. Existem ciclos onde ocorrem máximos e mínimos, ou seja, em que a turbulência aumenta e em que o Sol se mantém mais ou menos “calmo" em relação ao que pode prejudicar nossas comunicações aqui na Terra.

O principal ciclo é de aproximadamente 10,7 anos (também chamado de ciclo dos 11 anos).

Nos máximos deste ciclo, conforme mostra o gráfico da figura 4, aumenta a quantidade de manchas no Sol, e com isso as comunicações aqui na Terra ficam sensivelmente prejudicadas, assim como diversos dispositivos que se baseiam em campos magnéticos fracos para sua operação.

 

Figura 4 – O ciclo dos 11 anos
Figura 4 – O ciclo dos 11 anos

 

É interessante observar que o Sol, assim como a Terra, gira em torno do seu próprio eixo, sendo o período de aproximadamente 27 dias; dizemos aproximadamente porque como o Sol é uma esfera "gasosa", o material flui nas diferentes latitudes a velocidades diferentes, o que dificulta o estabelecimento exato de um período de rotação. Isso significa que os fenômenos que estão na face voltada para a Terra é que nos afetam de imediato, e que existe um período com o máximo de 27 dias que deve ser considerado nos fenômenos.

Mas, que tipo de fenômenos ocorre na Terra e no Sol que afetam tanto os nossos sistemas eletrônicos?

 

EM TORNO DA TERRA

Em torno da Terra, a uma altura variando entre 80 e 400 quilômetros, existe uma camada atmosférica em que os átomos são eletrizados, ou seja, são dotados de cargas elétricas.

Esta camada subdividida em camadas mais finas e denominada ionosfera, é responsável pela reflexão das ondas de rádio (figura 5).

 

Figura 5 – A ionosfera
Figura 5 – A ionosfera

 

Ondas de rádio de frequências inferiores a 30 MHz podem refletir nestas camadas e com isso percorrer grandes distâncias, independentemente da existência da curvatura da Terra (figura 6).

 

Figura 6 – Propagação das ondas curtas
Figura 6 – Propagação das ondas curtas

 

A ionização das partículas da ionosfera é devida à forte radiação que recebemos principalmente do Sol.

Na forma de raios ultravioletas, raios X e mesmo partículas alfa, a radiação arranca os elétrons da atmosfera, em suas camadas mais altas, produzindo então as partículas carregadas (íons) que são responsáveis pela ação sobre as ondas de rádio.

E evidente que modificações no comportamento do Sol influem diretamente no comportamento destas camadas. Podemos ver isso facilmente pela própria estrutura da ionosfera, que durante o dia é diferente que durante a noite.

Vocês que costumam ouvir ondas curtas ou que são radioamadores sabem que é preciso planejar bem o horário de audição ou comunicação, levando em conta a posição do Sol e até as estações do ano.

Durante o dia não temos a mesma facilidade de escuta das estações distantes, em certas frequências, que durante a noite.

O fato importante é que todo o equilíbrio dinâmico da ionosfera depende em grande parte do Sol.

 

O SOL E A IONOSFERA

“Em 26 de julho de1946,às11h15 da manhã, os astrônomos viram um filamento quente, escarlate, cruzar a face do Sol diretamente sobre uma grande mancha solar ativa. No instante do seu aparecimento, a rádio transmissão de ondas curtas sumiu em todo o hemisfério iluminado pela luz do dia. Numa das frequências de rádio, a estática, da direção do Sol, sofreu um acréscimo de mais de 10 000 vezes o volume normal. No curso dos seguintes 10 ou 12 minutos o filamento escarlate aumentou em intensidade por alguns segundos brilhou 30 vezes mais, na sua luz vermelha, do que a face brilhante do sol. Em seguida, menos rapidamente do que havia aparecido, o fulgor alongou-se, espalhou-se e sumiu. Às 12h30, havia-se torcido numa distância de 350 000 milhas; perto de uma das bordas do fulgor, via-se uma massa de gás mais frio cobrindo superfície de um bilhão de milhas quadradas a cair dentro do Sol a uma velocidade de 45 milhas por segundo. Algumas horas depois o fulgor escarlate já não existia, e nada restava para marcar-lhe a posição sobre o grande grupo de manchas solares. Mas às13h45 do dia seguinte os sensíveis instrumentos magnéticos dos observatórios, em toda a Terra, começaram simultaneamente a estremecer com violência. O campo magnético na superfície da Terra sacudiu-se durante as doze horas seguintes; depois voltou gradativamente ao seu estado normal, imperturbado. Os circuitos sem fio da imprensa entre Nova Iorque e as capitais do norte da Europa permaneceram inúteis durante a maior parte dos dias 26 e 27 de julho. Uma brilhante aurora iluminou o céu sobre a costa marítima a oriente, nas primeiras horas do dia 27; em Washington, fitas coloridas saracotearam para além do zênite na parte sul do céu."

Este trecho do livro "Nova Astronomia”, no capítulo “O Sol e seus Satélites" (Ibrasa 1959 - São Paulo) mostra muito bem o que ocorre na prática com uma explosão solar mais violenta.

Ainda recentemente, no final de junho de 1988, um fenômeno semelhante perturbou as ligações de ondas curtas, VHF, µHF e das retransmissoras de satélite.

Mas, o que ocorre realmente?

Nos primeiros instantes, quando ocorre a explosão que lança grande quantidade de matéria ao espaço, temos um aumento no nível de irradiação de ondas eletromagnéticas em diversas faixas. Além dos raios X e de radiação ultravioleta, temos um aumento na radiação de ruído térmico nas faixas de µHF e de microondas.

Este nível de ruído, que pode aumentar centenas de vezes em relação ao normal, tem como consequência um aumento do nível de chuviscos nas transmissões de TV via satélite e no ruído de fundo das transmissões de voz e som.

Como se trata de radiação eletromagnética, as consequências do fenômeno já aparecem em torno de 8 minutos depois do evento. Este é o tempo que uma onda eletromagnética demora para percorrer os 150 milhões de quilômetros que separam a Terra do Sol.

Em especial aumenta a radiação na frequência de 137 MHz e nos 2800 MHz que corresponde à banda de 10,7cm de emissão do Hidrogênio quando excitado fortemente.

Os próprios radioastrônomos usam o nível de ruído nesta última frequência como parâmetro para a medida da atividade solar (figura 7).

 

Figura 7 – Antena para monitorar sinais do sol
Figura 7 – Antena para monitorar sinais do sol

 

A faixa de VLF (frequências em torno de 27kHz) sofre uma súbita mudança de comportamento, com um aumento de alcance.

As ondas curtas são afetadas pelos efeitos que a radiação tem na ionosfera, provocando forte agitação nas diversas camadas, o que modifica seu índice de refração.

Em alguns casos, as camadas podem até ser “curto-circuitadas", prejudicando ou interrompendo totalmente as comunicações em certas bandas.

Os problemas magnéticos e muitos outros que ocorrem na ionosfera se devem ao fluxo de partículas que Sol emite, mas que sendo mais lento, chega à Terra somente depois de algumas horas.

Neste fluxo encontramos elétrons acelerados, partículas alfa (núcleos de hidrogênio), além de outras.

Sob a ação do campo magnético da Terra, estas partículas se espiralam em direção aos polos dando origem a perturbações de natureza magnética e às chamadas auroras boreais.

Encontrando uma densidade maior de partículas na alta atmosfera, as partículas que entram em sua maioria na atmosfera pelas proximidades dos polos provocam uma luminescência na forma de faixas (cortinas) que é denominada aurora boreal. (figura 8)

 

Figura 8 – Auroira boreal
Figura 8 – Auroira boreal

 

O campo magnético da Terra é criado pela movimentação do planeta em torno do seu eixo e pelas camadas condutoras que existem tanto na própria Terra como na atmosfera alta (ionosfera); uma mudança desta condutividade tem influência direta no campo gerado, daí as alterações que um fluxo maior de partículas pode provocar.

As próprias camadas da ionosfera não são tão fixas como se pensa de imediato. Uma agitação é normal, e seus limites não podem ser determinados com precisão.

As oscilações destas camadas são uma das causas do fenômeno conhecido por “fading" (desvanecimento) que ocorre quando ouvimos estações de ondas curtas ou ondas médias durante à noite..

Aquele "vai-e-vem" da estação, que ora fica mais forte ora mais fraca, se deve às oscilações do sinal refletido numa camada que não se fixa.

A radiação proveniente do som, num fluxo intenso, pode aumentar a oscilação destas camadas, com efeitos mais sérios sobre o fenômeno.

Os próprios circuitos telefônicos por fio que sendo muito longos podem captar correntes induzidas pelas variações dos campos, são afetados.

Um nível anormal de ruído pode ser constatado nestas ocasiões, prejudicando sensivelmente também este tipo de serviço.

 

CONCLUSÃO

O Sol, que nos envia luz e calor, e que é responsável por toda a vida que existe na Terra, não é tão calmo e inofensivo quanto parece. Fenômenos que ocorrem na sua superfície, e que mal são notados por nós, podem ter efeitos enormes sobre nossos circuitos eletrônicos.

Uma preocupação a mais deve ter o técnico, principalmente de telecomunicações, quando trabalhar com circuitos ou sistemas que sejam sensíveis às influências que abordamos neste artigo.

 

BIBLIOGRAFIA

- A Nova Astronomia - Scientifíc American Ibrasa - Sâo Paulo - 1959

- The ARRL Handbook - 1987 - American Radio Relay League - USA

- Radio Astronomy for the Amateur - Dave Heiserman - Tab Books - USA – 1975

- World Radio TV Handbook - 1985 – Billboard Dinamarca

- Rádio Propagação - Jaroslav Smit – Érica 1986

 

 


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