ESTUDO DE ATIVIDADE SOLAR A PARTIR DO CENTRO DE ATIVIDADES SOBRE O CLIMA ESPACIAL CACE

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1 ESTUDO DE ATIVIDADE SOLAR A PARTIR DO CENTRO DE ATIVIDADES SOBRE O CLIMA ESPACIAL CACE Marco Antonio Bosse [Bolsista ICJ/ CNPq] 1, Tina Andreolla [Orientador] 2 1 Graduando do curso de Agronomia 2 Coordenação de Física Campus Pato Branco Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Rodovia do Conhecimento, Km 01. Pato Branco - Pr marcoantoniobosse@gmail.com, tina@utfpr.edu.br Resumo: Este trabalho traz o resultado do monitoramento da atividade solar entre os dias 10 a 24 de abril de 2012, utilizando dados obtidos no CACE. Para apresentar o trabalho desenvolvido este artigo traz uma abordagem sobre o CACE seguida das ferramentas utilizadas para obtenção dos dados, analise dos resultados e imagens que permitiram discutir os resultados apresentados. Palavras-chave: Centro de Atividades sobre o Clima Espacial, Tempestade Solar, Magnetosfera, Manchas Solares, Auroras Abstract: This paper brings the results of monitoring of solar s activity between the day 10 to 24 April to 2012, using the date obtained in CACE. For present the developed work, this article brings a approach about the CACE, followed of used tools for acquisition of date, analyze the results and images that allowed discuss the results presented. Key-words: Astronomy, Space Weather Action Center, Solar Storm, Magnetosphere, Sunspot INTRODUÇÃO Pesquisas mostram que os estudantes aprendem os conceitos melhor quando tais conceitos são ensinados em um contexto e o Centro de Atividade sobre o Clima Espacial - CACE proporciona isso, onde lições sobre luz, magnetismo, energia, o Sol e o campo magnético da Terra podem ser estudados de uma forma muito mais atrativa e dinâmica [1]. O CACE fornece aos estudantes uma oportunidade de realizar ciência baseada na pesquisa, aproveitando da curiosidade natural sobre a conexão entre o Sol e a Terra para despertar o interesse tanto dos alunos como dos professores, pela ciência e pela astronomia. Além disso, várias outras disciplinas podem ser contextualizadas, como ciências e matemática, dependendo de quais partes do Centro de Atividades sobre o Clima Espacial são investigadas pelos estudantes.

2 METODOLOGIA Centro de atividades sobre clima espacial cace. Esse programa incentiva os estudantes a projetarem, montarem e usarem um centro de aprendizado que irá fornecer um ambiente no qual os estudantes poderão monitorar e reportar o progresso de uma tempestade solar. Através dessa ferramenta os alunos terão a possibilidade de adquirir conhecimentos e habilidades diversas e ficarão empolgados ao analisar os mesmos dados que os cientistas utilizam para monitorar o Sol e através deles, farão previsões das atividades solares e seus efeitos sobre a Terra [4]. Através do uso do CACE é possível prever quais manchas solares podem ser uma fonte de tempestades solares, descobrir quando as tempestades solares ocorrerão e prever quais delas afetarão a Terra, medir as perturbações no campo magnético da Terra e prever a ocorrência de auroras e quando procurá-las[2]. A análise realizada dos dados obtidos vai permitir aos alunos responder o conceito global: Como podemos prever tempestades solares para proteger satélites, estações de energia e astronautas? O programa CACE faz conexão com o padrão tecnologia onde os alunos usam tecnologia para localizar, avaliar, e coletar informação de diversas fontes e de Matemática (NCTM), pois possibilita desenvolver uma compreensão dos grandes números; reconhecer e usar apropriadamente as notações exponenciais e científicas, e a calculadora; Representar, analisar e gerar uma variedade de padrões com tabelas, gráficos, palavras, e quando possível, regras simbólicas; Além de desenvolver o interesse pela Astronomia e pela Ciência. Estudo de Atividade Solar utilizando o CACE: Os guias foram desenvolvidas para preparar e ensinar os interessados a monitorar de forma rápida o progresso de uma tempestade solar desde o momento em que ela surge no Sol e, em algum momento, atinge a Terra, causando enormes mudanças em nosso campo magnético. Para poder fazer isso, é necessário estar atento a prever quais manchas solares podem ser fontes de tempestades solares, descobrir quando as tempestades solares ocorrerão e prever quais afetarão o planeta, medir perturbações no campo magnético da Terra e prever a ocorrência de auroras e saber quando avistá-las. O site é constituído pelo guia, flip charts, planilha e abas dos dados do clima espacial. O guia é auto-explicativo, indicando um questionário que é respondido usando o Visualizador Multimídia de Clima Espacial. Os guias estão divididos em 4 grupo que irão abordar os seguintes temas: Regiões das Manchas Solares; Sinais de Tempestades Solares; Magnetosfera e Auroras. Os flip charts (apostilas), que foram preparadas para permitir que a sequência de eventos que ocorrem durante uma tempestade solar típica seja percorrida facilmente e são, compostos pelos quatro grupos citados acima. Cada conjunto de cartões de flip charts também inclui cartões de instruções e cartões de informação fáceis de entender, além disso, eles também possuem um guia. O guia é interessante, apresenta algumas informações e dicas sobre cada flip chart, facilitando ainda mais a realização do trabalho. Cada flip chart contém uma planilha para a coleta de dados correspondentes que também estão disponibilizadas para download. Estas planilhas ajudarão a registrar e analisar os dados levantados e permitirá fazer uma revisão do conteúdo visto e uma previsão ao longo dos próximos dias. A aba dados do clima espacial, é a principal fonte de pesquisa onde percebe-se que o visualizador multimídia esta separado por tema. Após a conclusão do questionário é possível elaborar melhor os conceitos obtidos com o Centro de Atividade sobre o Clima Espacial (CACE), que é um ambiente o qual permite monitorar e relatar o progresso de uma tempestade solar [2].

3 Dados do Clima Espacial Manchas Solares. Manchas solares são os primeiros indicadores de que uma tempestade solar é uma possibilidade real. Entretanto, nem todas as manchas solares causam problemas à Terra. Na primeira aba Imagens do CACE é disponibilizado imagens do Sol sob várias perspectivas, ou seja, sobre diferentes ondas do espectros eletromagnéticos. Através destas imagens é possível saber se uma tempestade solar esta prestes a acontecer a partir da observação das manchas solares, da emissão de raios eletromagnéticos e das ejeções coronais. Já na segunda aba Ilustrações é possível visualizar algumas imagens da estrutura do sol, de seus efeitos na Terra, etc. Na aba Visualizações é possível ter acesso a animações que complementam o aprendizado e a informações interessantes, como por exemplo, a ejeção coronal de massa. Na aba Vídeos, são disponibilizados alguns vídeos complementares, que se apresentam de forma de perguntas, tornando-os mais interessantes e educativos. Magnetosfera. Tempestades solares podem causar flutuações na magnetosfera chamadas de tempestades magnéticas. Essas tempestades magnéticas podem desativar satélites e queimar transformadores, desligando estações de energia elétrica. Na seção Magnetosfera, é possível ter acesso ao Índice KP que pode ser usado para prever quando uma aurora pode ser potencialmente observada. Quanto maior o valor de Kp, mais forte a perturbação. É mais provável que uma grande perturbação no campo magnético da Terra produza uma aurora mais forte, que se estenda mais em direção ao equador. As barras são verdes quando KP é menor que 4, amarelas quando KP é igual a 4 e vermelhas quando KP é maior que 4. As barras vermelhas indicam um alerta de tempestade. Acessando o Visualizador Multimídia, na primeira aba Imagens, na opção Vento Solar, pode-se observar um gráfico da magnetosfera que explica os efeitos do vento solar sobre a magnetosfera da Terra. Quando o campo magnético do vento solar é oposto ao da Terra, ele é chamado de campo orientado para o sul e seu sinal é considerado negativo. A componente Bz, o segundo gráfico a partir do topo e marcado em amarelo, é o que possui a informação sobre a orientação Norte-Sul do campo magnético do vento solar. Você pode usar os seguintes níveis para determinar a intensidade da tempestade: Baixa (0 até -2); Média (-2 até -4); Alta (-4 até -6) Na aba Ilustrações é possível visualizar algumas representações da magnetosfera e da ionosfera. Em Visualizações também não há nada a respeito. Na aba Vídeos, assim como nas manchas solares, nos é disponibilizado alguns, explicando o que é a magnetosfera. Ferramentas de obtenção dos dados: Para registrar os dados, foram utilizados os questionários relacionados aos quatro grupos. Cada grupo tem questões específicas. As respostas das perguntas de cada grupo vão ajudar a analisar os dados para determinar a resposta à pergunta central de cada grupo: Hoje, foram registrados sinais causados por uma fulguração ou Ejeção de Massa Coronal (EMC) que poderia afetar a Terra? para responder as questões do grupo de Tempestades Solares é necessário consultar os Dados Rádio Observatório da Universidade da Flórida e os Dados Fluxo em Raios X GOES (dados de 5 minutos) ; Ocorreram perturbações mensuráveis no campo magnético da Terra? para responder as questões do grupo de magnetosfera é necessário consultar o índice Kp (Índice K planetário estimado) e o Gráfico da Magnetosfera. Com base nos dados analisados a partir dos

4 instrumentos verifica-se se ocorreram perturbações mensuráveis no campo magnético da Terra? Em relação as questões para analisar auroras, o grupo de perguntas busca responder se Nas últimas 24 horas, foram avistadas auroras causadas por uma tempestade solar? consultando os Dados Atividade de Auroras na Terra NOAA POES, os Dados da Câmera Grande Angular em Kiruna, os Dados Magnetograma IDM, os Dados Imagem no ultravioleta extremo,. E, para o grupo de atividade de mancha, a análise dos Dados Imagem do Disco Cheio do Sol em H-alfa e IDM com Números, (Observa-se as 4 imagens chamadas: EIT 171, 195, 284 e 304) e os Dados Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO), (Observa-se as 2 imagens chamadas: LASCO C2, LASCO C3), ajudam a responder se Existem regiões de manchas solares hoje que poderiam ser uma fonte de tempestades solares? RESULTADO E DISCUSSÃO O material apresentado nesta seção é o resultado da análise dos dados obtidos entre os dias 10 e 24 de abril de Os resultados encontrados é resultado do levantamento de dados realizado com as ferramentas apresentadas no ítem 3.3 deste trabalho. As observações do dia 10 de abril de 2012, na imagem IDM com números é possível ver apenas a mancha 1452 (Figura 1a). Não foi possível mensurar a emissão de radiação ultravioleta, pois as imagens EIT 171, 195, 284 e 304, não haviam sido atualizadas. Figura 1 imagem de numero de manchas (a) e indicação de auroras (b) Figura 2 Gráfico da Magnetosfera Bz Os níveis Kp são inferiores a 4 (Figura 1b) e no gráfico da magnetosfera, a componente Bz ( Figura 2) está com uma baixa variação. Quanto a emissão de raio-x pelo Sol é baixa, pois, conforme o gráfico (Figura 3a), encontra-se no inicio da escala B (Figura 3b), portanto, as chances de se observar as auroras são pequenas, já que elas ocorrerão em latitudes bem elevadas e com uma intensidade moderada, conforme analisado na imagem de Atividades de Auroras na Terra NOAA POES ( Figura 5).

5 Figura 3 Fluxo em Raios X detectado pelo GOES (a) e Atividades de Auroras na Terra (b) Nas análises do 12 de abril de 2012, na imagem IDM com números é possível ver duas manchas, a 1454 e a 1455 e há grande emissão de radiação ultravioleta, conforme as imagens EIT 171, 195, 284 e 304,(Figura 4). Figura 4 Emissão de radiação ultravioleta Observa-se um pico igual a 4 no índice Kp, indicando que houve uma perturbação significativa na magnetosfera terrestre (Figura 5) e no gráfico da magnetosfera, a componente Bz está com uma variação considerável (0 a -10), o que revela que é uma tempestade de intensidade média. Figura 5 Índice Kp indicando perturbação na magnetosfera terrestre Quanto a emissão de Raios X pelo Sol, percebe-se um pico na escala B (Figura 6a), portanto, as auroras poderão ser observadas em latitudes mais altas. Analisando a imagem Atividades de Auroras na Terra NOAA POES (Figura 6b), conclui-se que as auroras apresentam uma alta intensidade. Devido a isso é possível visualizar a ocorrência desse

6 fenômeno nesta data, como ilustra a imagem da Câmera Grande Angular em Kiruna (Figura 7). Figura 6 Emissão de Raios X (a) e atividade de auroras (b) Figura 7 - Câmera Grande Angular em Kiruna No dia 17 de abril de 2012, na imagem IDM com números é possível ver cinco manchas, a 1455, 1457, 1458, 1459 e 1460 (Figura 8) e há grande emissão de radiação ultravioleta, conforme as imagens EIT 171, 195, 284 e 304. Figura 8 Manchas solares vista no dia 17/04/2012 através do IDM com números Observa-se valores menores que 4, com apenas um pico, no índice Kp, indicando que não houve uma perturbação muito significativa na magnetosfera terrestre e no gráfico da magnetosfera, a componente Bz está com uma variação considerável (0 a -10) (figura 9b), o que revela que é uma tempestade de intensidade média.

7 Quanto a emissão de Raio X pelo Sol, percebe-se um pico na escala C atingindo M (Figura 9a), portanto, as auroras poderão ser observadas em pontos mais ao sul, como no estado do Texas. Analisando a imagem Atividades de Auroras na Terra NOAA POES, conclui-se que as auroras apresentam uma intensidade intensa. Devido a isso é bem provável a ocorrência deste fenômeno nessa data, porém, a imagem da Câmera Grande Angular em Kiruna estava indisponível. Figura 9 - Fluxo em Raios X Detectado pelo GOES (a) e perturbação na magnetosfera terrestre (b) obtidas em 17/04/12 Já na imagem IDM com números do dia 19 de abril de 2012, é possível ver cinco manchas, a 1459, 1460, 1461, 1462 e 1463 e há grande emissão de radiação ultravioleta, conforme as imagens EIT 171, 195, 284 e 304. Observa-se valores iguais a 1, com apenas um pico em 4, no índice Kp, indicando que não houve uma perturbação muito significativa na magnetosfera terrestre e no gráfico da magnetosfera, a componente Bz está com uma variação baixa (0 a -4), o que revela uma tempestade de intensidade baixa. Quanto a emissão de raio-x pelo Sol, percebe-se um pico na escala C, porém predomina na escala B, portanto, as auroras poderão ser observadas em latitudes mais altas. Analisando a imagem Atividades de Auroras na Terra NOAA POES, conclui-se que as auroras apresentam uma intensidade alta. Devido a isso é bem provável a ocorrência deste fenômeno nessa data. Os dados obtidos no dia 24 de abril de 2012 mostram a imagem IDM com números onde é possível ver quatro manchas, a 1459, 1460, 1465, e 1466 e há grande emissão de radiação ultravioleta, conforme as imagens EIT 171, 195, 284 e 304. Observa-se valores elevados no índice Kp, com picos iguais e superiores a 4 (figura 10a), indicando que houve uma perturbação muito significativa na magnetosfera terrestre e no gráfico da magnetosfera, a componente Bz está com uma variação muito alta (0 a -15) (figura 10b), o que revela uma tempestade de grande intensidade [3]. Quanto a emissão de raio-x pelo Sol, percebe-se um pico na escala C, porém predomina no final da escala B, portanto, as auroras poderão ser observadas em latitudes mais altas. Analisando a imagem Atividades de Auroras na Terra NOAA POES, conclui-se que as auroras apresentam uma intensidade intensa. Devido a isso é bem provável a ocorrência deste fenômeno nessa data.

8 CONCLUSÃO Figura 10 Índice Kp (a) e perturbação da magnetosfera terrestre em 24/04/12 O Sol é fundamental para a vida na Terra, mas também pode trazer muitos perigos e prejuízos ao homem, que vive em uma sociedade cada vez mais tecnologicamente dependente, em decorrência das tempestades solares. Não há muito que se pode fazer para impedi-las, mas é necessário monitorá-las para poder evitar ao máximo os danos. Nesse sentido, o CACE pode ser utilizado como ferramenta de monitoramento e também para despertar o interesse de jovens e adultos pelo assunto, bem como pelas outras áreas da ciência. Além disso, professores podem adotar essa atividade dentro das salas de aula para ensinar de forma mais atrativa e dinâmica, diversos conceitos de várias disciplinas, como Química, Física, Matemática e outras que seja possível a interdisciplinaridade com Astronomia. Durante a realização do monitoramento, percebeu-se que durante o mês de abril houve uma atividade solar significativa, apresentando valores crescentes no decorrer do mês. Na primeira medição realizada no dia 10 de abril, notou-se apenas a presença de uma mancha solar e o índice Kp apresentava valores inferiores a 4, indicando baixa atividade solar. Porém, no segundo monitoramento, notou-se a presença de duas manchas solares com grande emissão de raios ultravioletas e apresentando um pico no índice Kp igual a quatro, onde se deduz que houve uma média atividade solar, com apenas um pico isolado que pode ser sido provocado por uma ejeção de massa coronal, semelhante à terceira medição realizada no dia 17 de abril, onde foi possível visualizar cinco manchas solares e com valores Kp menores que quatro apresentando apenas um pico, não provocando grandes perturbações na magnetosfera terrestre. Mas as medições realizadas nos dias 24 e 26 de abril, houve grande atividade solar, com a presença de quatro e seis manchas solares, respectivamente, emitindo com intensidade raios ultravioletas, resultando em valores para o índice Kp elevados e bem distribuídos, o que favoreceu a ocorrência de auroras. Senso assim, o monitoramento é extremamente fácil é viável uma vez que a interpretação das imagens e dos gráficos é extremamente simples, além de possuir guias como material de apoio caso aja alguma dúvida, e conforme a navegação pela ferramenta multimídia o aluno tem a oportunidade de visualizar diversas ilustrações e vídeos que irão complementar o aprendizado com várias informações curiosas relacionadas ao monitoramento solar. Outra questão importante é a utilização da tecnologia para a realização da atividade, que além de introduzir e familiarizar o aluno com o uso de computadores torna a atividade muito mais interessante e divertida. AGRADECIMENTOS Registram-se aqui os sinceros agradecimentos ao CNPq pelo financiamento e possibilidade desta pesquisa e, em especial, á professora Tina Andreolla, pela dedicação, tempo e conhecimento dedicados a mim.

9 REFERÊNCIAS [1]APOSTILA INPE - Pesquisador em Ciência e Tecnologia - Clima Espacial. Ed. Aprovação. São José dos Campos, [2]Centro de Atividade sobre o Clima Espacial CACE. Disponível em: < Acessado em: 14 jun [3]Space Weather Action Center <Disponível em: Acessado em: 03 jun [4] ROQUE DA SILVA, A., Nossa Estrela: O Sol, Ed. Livraria da Física, Brasil, 2006.