Série Temporal Sunspot

Introdução

As manchas solares são pontos escuros que aparecem na superfície do Sol. Elas acontecem por causa da atividade magnética solar e são importantes porque influenciam o clima espacial e podem afetar comunicações na Terra. A série sunspots do R contém dados mensais do número dessas manchas observadas de 1749 até 1983, ou seja, mais de 200 anos de observações.

Diante disso, este trabalho tem como objetivo fazer uma análise exploratória da série temporal sunspots disponível no R. A ideia é conhecer melhor os dados das manchas solares através de estatísticas descritivas e gráficos, para entender como elas se comportam ao longo do tempo.

Desenvolvimento da Atividade

Começamos carregando e visualizando a série no R. A série sunspots é do tipo “time series” (série temporal) e contém 2.820 observações mensais. Os dados começam em janeiro de 1749 e terminam em dezembro de 1983, com 12 observações por ano.

Depois fizemos um resumo estatístico dos dados. Descobrimos que a média é de 49,75 manchas solares por mês, mas a mediana é menor (39,3), o que já indica que a distribuição não é simétrica. O desvio padrão é alto (41,37), mostrando que os dados variam bastante. O número de manchas vai de 0 (nenhuma mancha) até 253,8 (muitas manchas), uma amplitude bem grande.

Figura 1: Série temporal das manchas solares

Série temporal das manchas solares de 1749 a 1983, mostrando os ciclos regulares de aproximadamente 11 anos.

O gráfico da série temporal confirma o que esperávamos encontrar. Podemos ver claramente os ciclos de aproximadamente 11 anos, onde a atividade solar sobe e desce de forma regular. Alguns ciclos são mais intensos que outros, mas o padrão se repete ao longo de todo o período. Não parece haver uma tendência de longo prazo, ou seja, a atividade solar não está aumentando ou diminuindo com o passar dos séculos. A tendência da série temporal em questão é de estacionariedade, devido sua ciclicidade.

Histograma mostrando que a maioria das observações concentra-se em valores baixos, com poucos períodos de alta atividade.

O histograma nos mostra como os dados estão distribuídos. A maior parte do tempo, o número de manchas solares é baixo (próximo de zero), e períodos de alta atividade são menos comuns. Isso cria uma distribuição assimétrica, onde temos muitos valores pequenos e poucos valores grandes. É como se o Sol passasse mais tempo “calmo” e só de vez em quando tivesse períodos de muita atividade.

Figura 3: Boxplot dos dados

Boxplot evidenciando a presença de valores extremos (outliers) e a assimetria da distribuição.

O boxplot confirma a assimetria dos dados e mostra que existem alguns valores extremos (outliers). Esses outliers representam períodos de atividade solar muito intensa, que são raros mas importantes. A mediana fica abaixo do centro da caixa, confirmando que a distribuição é assimétrica.

Figura 4: Função de autocorrelação

Autocorrelação mostrando a estrutura cíclica dos dados com período de aproximadamente 11 anos.

A função de autocorrelação é muito interessante porque confirma estatisticamente a existência dos ciclos. Podemos ver que existe correlação forte entre observações separadas por cerca de 11 anos (aproximadamente 132 meses). O padrão oscilatório que aparece no gráfico é típico de séries cíclicas, provando que os ciclos solares realmente existem e são regulares.

Consultamos também a documentação técnica da série usando a função help(). Descobrimos que os dados vêm de observações astronômicas históricas e que essa série é considerada um exemplo clássico para estudar séries temporais cíclicas.

Conclusões

A análise exploratória da série sunspots revelou várias características importantes sobre a atividade solar. Primeiro, confirmamos a existência do famoso ciclo solar de 11 anos, que é claramente visível tanto no gráfico da série quanto na função de autocorrelação. Esse ciclo é um dos fenômenos mais regulares da natureza e tem grande importância científica.

Segundo, descobrimos que a atividade solar é muito variável. O coeficiente de variação de 83% mostra que existe muita diferença entre períodos de alta e baixa atividade. A maior parte do tempo o Sol tem poucas manchas, mas ocasionalmente acontecem eventos extremos com muita atividade.

Terceiro, a distribuição assimétrica dos dados nos ensina que períodos calmos são mais frequentes que períodos agitados. Isso tem implicações práticas importantes, porque eventos de alta atividade solar podem afetar satélites, comunicações e até redes elétricas na Terra.

Para trabalhos futuros, seria interessante usar modelos mais avançados para tentar prever os próximos ciclos solares ou estudar como eles se relacionam com outros fenômenos terrestres.

A série sunspots se mostrou um excelente exemplo de série temporal cíclica, rica em padrões e com grande relevância científica. Os dados coletados ao longo de mais de dois séculos representam um tesouro para entender melhor nossa estrela e sua influência no sistema solar.