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Novas imagens revelam fenômenos incomuns e alterações misteriosas na ionosfera




Novas imagens revelam fenômenos incomuns e alterações misteriosas na ionosfera - 1

Durante um evento de geofísica realizado em São Francisco nesta semana, três cientistas apresentaram imagens da ionosfera, a região em que a atmosfera da Terra entra em contato com o espaço. As imagens coloridas nos dão uma nova visão de processos invisíveis que afetam diretamente a área onde estão os astronautas e equipamentos de tecnologia como rádio e GPS.

Esse conjunto de gráficos inclui os resultados de três diferentes pesquisas científicas – as primeiras imagens do satélite Ionospheric Connection Explorer (ICON), da NASA, projetado para investigar mudanças na ionosfera da Terra; resultados das observações da missão GOLD, também da NASA; e as observações de uma aurora espiral incomum, nunca estudada antes.

Por ser o limiar entre nosso planeta e o espaço, a ionosfera recebe influências tanto das mudanças climáticas espaciais – como a radiação solar, por exemplo – quanto as mudanças climáticas da atmosfera mais baixa, que são complexas e imprevisíveis, e podem afetar os astronautas e os principais sistemas de comunicação.


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Para estudar e compreender melhor todas essas questões, é preciso instrumentos especialmente projetados para essa tarefa. É aí que entram os satélites e missões de observação da ionosfera. Os resultados apresentados pelos cientistas de cada um dos três projetos revelam bastante sobre o que anda acontecendo lá em cima. Vamos conhecer um pouco sobre cada um deles.

Uma aurora incomum

As auroras são as manifestações visíveis das mudanças mais radicais na ionosfera. Por isso, ao observá-las, os cientistas podem descobrir o que está acontecendo por lá, e até mesmo sondar como está a magnetosfera, que fica ainda mais longe da superfície terrestre. Mas Jennifer Briggs, uma estudante de física da Universidade Pepperdine, em Malibu, Califórnia, encontrou uma aurora incomum que apareceu durante condições solares calmas.

Ela encontrou a aurora por acaso, através de imagens de câmeras terrestres localizadas na Noruega, perto do Círculo Polar Ártico. A aurora, que teve uma vida curta, apresentava uma espiral incomum que chamou a atenção de Briggs. Os movimentos do fenômeno luminoso indicavam que a magnetosfera havia experimentado um distúrbio significativo, fato que foi confirmado pela missão Magnetospheric Multiscale da NASA.

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Câmeras localizadas na Noruega, perto do Círculo Polar Ártico, encontraram uma estranha aurora espiral (Imagem: Fred Sigernes/Kjell Henriksen Observatory, Longyearbyen, Norway/Joy Ng)

Algo havia atingido a magnetosfera. A magnetopausa, fronteira externa da magnetosfera, foi empurrada em direção à Terra, percorrendo em 1 minuto e 45 segundos uma distância que um jato comercial levaria 27 horas para voar. Esse tipo de distúrbio nunca foi documentado antes, e a explicação mais comum para isso acontecer – erupções solares mais intensas que o normal – foi descartada por Briggs. Ela verificou as atividades do Sol e não encontrou nenhuma erupção que justificasse essa aurora.

Então, os pesquisadores pensam que a aurora se originou no foreshock, a primeira região que as partículas solares encontram quando uma tempestade solar atinge o nosso planeta. A indica condições tempestuosas na magnetosfera, e foi detectada graças às câmeras que estava no lugar certo, na hora certa. Mas, infelizmente, a falta de satélites em torno do MMS tornou impossível compreender melhor o evento.

Missão GOLD

A missão GOLD pesquisa a ionosfera a partir da órbita geoestacionária, a 40.000 quilômetros acima da Terra. Os resultados, apresentados pelo pesquisador principal do projeto, Richard Eastes, revelaram que a região é muito mais variável do que os cientistas esperavam.

Com os instrumentos do GOLD, os cientistas podem ver todo o Hemisfério Ocidental do céu de uma vez só, rastrear alterações na temperatura, densidade e composição da ionosfera, além de detectar as mudanças e padrões ionosféricos em todo o mundo.

Isso permitiu observações do eclipse solar total de 2 de julho na América do Sul. Em ciclos normais, os gases atmosféricos carregados eletricamente aumentam e diminuem junto com o Sol – durante o dia a ionosfera é densa, e à noite ela esfria. As partículas carregadas se recombinam gradualmente e a ionosfera afina. Durante um eclipse total, a mesma coisa acontece em um período muito menor de tempo. No eclipse de 2 de julho, os cientistas puderam, pela primeira vez, assistir esse afinamento evoluir através do Hemisfério Sul, a partir do espaço.

Os cientistas do GOLD também ficaram surpresos com a intensidade da variação na ionosfera durante a noite. Durante a noite, as partículas carregadas tendem a se posicionar ao lado do equador magnético da Terra. Em uma noite, as “nuvens” de partículas estão uniformemente espaçadas sobre o equador, mas na noite seguinte elas estão distantes. Já na terceira noite, a posição é totalmente diferente. Por que a ionosfera noturna varia tanto? Ainda não há resposta exata para isso.

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As estranhas variações na ionosfera de uma noite para a outra. As mudanças ocorrem nas faixas coloridas próximas ao Equador (Imagem: NASA/GOLD/Robert Daniell)

Conhecer e entender esses fatos é importante porque as ondas de radiofrequência, como as usados pelo GPS, dependem da densidade da ionosfera. Às vezes, mudanças na densidade podem interferir nesses sinais. “Essas foram descobertas muito surpreendentes para mim e para o resto da equipe que observa essas coisas há muitos anos”, disse Eastes. “Não é algo que esperávamos”.

Missão ICON

Com a missão de observar a ionosfera no dia-a-dia, o satélite ICON foi criado para tentar encontrar tudo o que poderia estar influenciando essa região e causando tantas variações. Com abordagem diferente do GOLD, que captura imagens a 35.405 km acima da Terra, o ICON está a apenas 579 km e faz close-ups detalhados.

Thomas Immel, principal pesquisador do ICON, mostrou as primeiras imagens que o satélite capturou após seu lançamento em 10 de outubro de 2019. Essas imagens são apenas iniciais, do período de calibração, e demonstram as capacidades dos instrumentos capazes de “ver” o “brilho natural” da atmosfera da Terra causado pela radiação solar. Cada gás atmosférico pode ser visto através de uma faixa de cor invisível aos olhos humanos, mas detectável aos instrumentos científicos.

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À noite, o instrumento de ultravioleta distante mede a densidade da ionosfera. A luz rosa que aparece à esquerda é a emissão de nitrogênio. A luz verde, que atravessa a faixa azul, é a emissão de oxigênio (Imagem: NASA/ICON/Harald Frey/Thomas Bridgman/Joy Ng)

Um dos instrumentos usa o ultravioleta extremo e rastreia a altura e a densidade da ionosfera diurna. Já o instrumento de ultravioleta distante mede a densidade da ionosfera noturna e, durante o dia, a composição. “A primeira coisa que vemos é um pouco chata, mas estou empolgado”, disse Immel. Agora que o ICON passou por suas extensas verificações, os cientistas podem começar a procurar as peculiaridades mais interessantes da ionosfera.

Por fim, último instrumento gerador de imagens do ICON é o MIGHTI, que enxerga o “brilho natural” vermelho e verde do oxigênio para medir como a atmosfera neutra se move. Os cientistas pensam que isso desempenha um papel importante nas mudanças diárias da ionosfera.

Graças a pesquisas como estas, os pesquisadores podem compreender um pouco mais sobre os fatores complexos que causam turbulências na ionosfera, e até mesmo descobrir novos fenômenos, como a causa da aurora espiral, o que será de grande importância para as tecnologias espaciais e futuras viagens tripuladas ao espaço exterior.

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Fonte: Canaltech

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