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Faça o download do material informativo relacionado da conferência de imprensa de 10 de dezembro na reunião da União Geofísica Americana de 2019.
Em um evento de imprensa de 10 de dezembro na reunião de outono da União Geofísica Americana em San Francisco, três cientistas apresentaram novas imagens da ionosfera, a região dinâmica em que a atmosfera da Terra encontra o espaço. Lar dos astronautas e da tecnologia cotidiana, como rádio e GPS, a ionosfera constantemente responde às mudanças do espaço acima e da Terra abaixo.
A coleção de imagens apresentadas inclui as primeiras imagens do ICON da NASA , novos resultados científicos do GOLD da NASA e observações de uma aurora fugaz e nunca antes estudada. Juntos, eles trazem cores a processos invisíveis que têm implicações amplas na parte do espaço mais próxima de casa.
A ionosfera da Terra se estende de 80 a 400 milhas acima do solo e se sobrepõe ao topo da atmosfera e ao início do espaço. A radiação do Sol cozinha uma pequena porção de gases na atmosfera superior até que eles percam um elétron ou dois. O resultado: um mar de partículas eletricamente carregadas entremeadas com a atmosfera superior neutra.
Além da energia que flui do Sol e do espaço próximo à Terra, a ionosfera também responde aos padrões climáticos que se agitam na atmosfera mais baixa abaixo. Essas mudanças - que podem afetar os astronautas e os principais sistemas de comunicação - são complexas e imprevisíveis. Uma variedade de instrumentos especializados é essencial para estudá-los e compreendê-los.
Concha auroral no céu
Câmeras de todo o céu em Longyearbyen, na Noruega, perto do Círculo Polar Ártico, capturaram essas imagens de uma aurora incomum e em espiral.Créditos: Fred Sigernes / Observatório Kjell Henriksen, Longyearbyen, Noruega / Joy Ng
As mudanças mais dramáticas na ionosfera são visíveis com nossos próprios olhos, quando as auroras dançam sobre os pólos. Freqüentemente, as exibições de luz vívida resultam de intensas erupções solares que enviam energia para a ionosfera. Mas Jennifer Briggs, uma estudante de física da Universidade Pepperdine, em Malibu, Califórnia, encontrou uma aurora retorcida incomum que apareceu durante condições solares calmas.
Ao estudar as auroras, os cientistas podem sondar o que está acontecendo na ionosfera, e ainda mais longe na magnetosfera, a bolha magnética que circunda a Terra, criada pelo campo magnético do nosso planeta.
Durante um estágio no Goddard Space Flight Center, da NASA, em Greenbelt, Maryland, Briggs tropeçou na aurora em imagens de câmeras terrestres no céu localizadas em Svalbard, na Noruega, perto do Círculo Polar Ártico. A aurora de vida curta tinha uma espiral incomum que chamou sua atenção; Briggs pensou em uma concha do mar. Seus movimentos de torção indicavam que a magnetosfera havia experimentado um distúrbio significativo. De fato, os dados da missão Magnetospheric Multiscale da NASA , ou MMS, mostraram uma compressão dramática da magnetosfera.
Isso significava que algo havia atingido a magnetosfera, empurrando sua fronteira externa - a magnetopausa - em direção à Terra. Em apenas 1 minuto e 45 segundos, a magnetopausa recuou uma distância que levaria um jato comercial de 27 horas para voar. Embora tal distúrbio não tenha sido documentado antes, os cientistas esperam que estejam associados às mais intensas erupções solares. Mas Briggs verificou o Sol quanto à atividade, e nenhuma dessas erupções precedeu a aurora.
Usando vários conjuntos de observações - das câmeras de céu aberto, MMS e radares no solo - Briggs e seus colaboradores determinaram que a interrupção era muito diferente daquelas que afetam nossos sistemas de energia ou comunicação. "Você pode imaginar alguém perfurando o campo magnético da Terra", disse Briggs. "Houve uma compressão massiva, mas localizada."
Em vez de uma erupção solar, os pesquisadores pensam que a aurora se originou do foreshock. Essa é a região turbulenta nos arredores da magnetosfera, onde o campo magnético da Terra desvia as partículas de alta energia do Sol. É a primeira vez que os cientistas documentam uma tempestade tão intensa desde o foreshock.
"Não há como ter satélites em todos os lugares entre o Sol e a Terra", disse Briggs. Nesse caso, a aurora em espiral chamou sua atenção, indicando condições tempestuosas na magnetosfera. “A câmera do céu agia como um olho mágico, permitindo observar o estado do campo magnético.” Felizmente, a sonda MMS estava no lugar certo, na hora certa, para visualizar a compressão. Mas a falta de satélites em torno do MMS tornou impossível entender o evento sem dados do solo.
Enquanto as câmeras aéreas oferecem vistas da ionosfera a partir do solo, a GOLD pesquisa a região a partir da órbita geoestacionária, a 40.000 quilômetros acima da Terra. O pesquisador principal do GOLD Richard Eastes, da Universidade do Colorado, em Boulder, apresentou novos resultados da missão: observações que mostram que a região é muito mais variável do que os cientistas esperavam.
Abreviação de Observações em escala global do membro e do disco, o GOLD é um instrumento que cria imagens da ionosfera sob luz ultravioleta distante. Esse comprimento de onda específico da luz é invisível aos nossos olhos, mas útil para rastrear alterações na temperatura, densidade e composição da ionosfera.
Como o GOLD pode ver todo o Hemisfério Ocidental de uma só vez, pode observar mudanças e padrões ionosféricos em todo o mundo. No ano passado, o GOLD ajudou os cientistas a determinar como a ionosfera responde às tempestades geomagnéticas: o oxigênio atômico aumenta em baixas latitudes e diminui em altas latitudes, enquanto o nitrogênio molecular faz o contrário.
Vídeo: https://youtu.be/DTr7LLgTkTU
Nesta visualização, os dados GOLD são usados para mostrar como a ionosfera respondeu ao eclipse solar total de 2 de julho. À esquerda (sob luz visível), a sombra da Lua percorre a América do Sul. À direita, a luz ultravioleta distante mostra as emissões de nitrogênio.
O ponto de vista exclusivo da GOLD também permitiu observações do eclipse solar total de 2 de julho na América do Sul. Em ciclos típicos de dia e noite, a poça de gases atmosféricos carregados eletricamente aumenta e diminui com o sol. Durante o dia, a ionosfera é densa. À noite, quando o Sol não está mais energizando a atmosfera, a atmosfera esfria. As partículas carregadas se recombinam gradualmente. A ionosfera afina. Em um eclipse total, a mesma coisa acontece em um período muito menor de tempo. Quando o eclipse de 2 de julho cruzou o fundo da América do Sul, os cientistas puderam, pela primeira vez, assistir a esse afinamento evoluir através do Hemisfério Sul, a partir do espaço.
A ionosfera noturna varia muito de noite para noite. Esses painéis mostram a densidade e a localização da ionosfera noturna entre 7 e 25 de outubro de 2019. A maioria dos íons é de íons de oxigênio. À noite, quando se recombinam com elétrons, emitem luz em um comprimento de onda específico - 135,6 nanômetros -, observado pelo GOLD. Regiões de maior densidade iônica produzem emissões mais brilhantes. Os distúrbios do rádio geralmente ocorrem quando intervalos longitudinais se desenvolvem, como o da costa leste da América do Sul na imagem superior esquerda. Por que a ionosfera noturna varia tanto - mesmo durante condições geomagnéticas silenciosas - não é compreendido.
Créditos: NASA / GOLD / Robert Daniell
Os cientistas do GOLD também ficaram surpresos com o quanto a ionosfera noturna varia de noite para noite. Os caminhos que as ondas de radiofrequência seguem, como os usados pelo GPS, dependem da densidade da ionosfera. Às vezes, mudanças na densidade podem interferir com esses sinais.
À noite, partículas carregadas tendem a se instalar em cristas ao lado do equador magnético da Terra. Eastes comparou as imagens ao sorriso cheio de dentes de um T-rex. Em uma noite, as cristas estão uniformemente espaçadas sobre o equador, como se o T-rex estivesse descobrindo os dentes. Na noite seguinte, as cristas estão distantes, como se a boca do T-rex estivesse aberta, e na noite seguinte, em uma posição completamente diferente. Por que a ionosfera noturna varia tanto ainda não está claro.
"Essas foram descobertas muito surpreendentes para mim e para o resto da equipe que estuda essas coisas há muitos anos", disse Eastes. "Não é algo que antecipamos."
O ICON - abreviação de Ionospheric Connection Explorer - está bem posicionado para investigar a variabilidade que o GOLD descobriu.
"Temos a missão de explorar a variabilidade do dia-a-dia, como mostra o GOLD", disse Thomas Immel, pesquisador principal do ICON na Universidade da Califórnia, Berkeley. "O ICON foi criado para explorar esta região do espaço e tentar capturar tudo o que poderia estar influenciando a ionosfera dessa maneira."
A relação entre as duas missões ionosféricas da NASA pode ser comparada à fotografia: se o GOLD capturar paisagens a 22.000 milhas acima da Terra, o ICON - a apenas 360 milhas - é especializado em close-ups detalhados. Durante certas partes de sua órbita, o ICON passa pelo campo de visão da GOLD e cada missão pode obter um instantâneo da mesma região, a partir de suas próprias perspectivas. Essa sobreposição facilita a identificação do que causou uma certa alteração na atmosfera superior em um determinado momento.
O ICON foi lançado em 10 de outubro de 2019 e iniciou o modo de ciência em 1º de dezembro. Immel apresentou as primeiras imagens que a sonda capturou durante seu período de comissionamento e calibração, demonstrando as capacidades dos instrumentos da ICON e apresentando uma amostra do que os cientistas esperam observar. .
O ICON carrega três captadores de imagens que pesquisam o airglow , o brilho natural da atmosfera da Terra causado pela radiação solar. Cada gás atmosférico tem sua própria cor favorita do airglow, dependendo do gás, região de altitude e processo de excitação, para que os cientistas possam usar o airglow para estudar onde esses gases estão e como eles se comportam.
Dois instrumentos veem o airglow no ultravioleta. O instrumento ultravioleta extremo depende da medição precisa da luz do oxigênio incandescente, a fim de rastrear a altura e a densidade da ionosfera diurna. Como a equipe nunca fez essas medições em órbita antes, eles calibraram seu instrumento em uma fonte conhecida: a Lua.
O instrumento ultravioleta distante captura imagens no mesmo comprimento de onda que o ouro. À noite, mede a densidade da ionosfera e, durante o dia, a composição. Immel disse que as imagens lembram a vista da janela de um avião - 360 milhas acima da superfície e sob luz ultravioleta.
"A primeira coisa que vemos é um pouco chata, mas estou animada, no entanto", disse Immel. “É exatamente o que você esperaria se o instrumento estivesse funcionando perfeitamente.” Agora que o ICON passou por suas extensas verificações, os cientistas podem começar a procurar as peculiaridades mais interessantes da ionosfera.
O instrumento ultravioleta extremo depende da medição precisa da luz do oxigênio incandescente, a fim de rastrear a altura e a densidade da ionosfera diurna. A equipe do ICON calibrou o instrumento Ultravioleta Extreme em uma fonte conhecida: a Lua. A linha brilhante à esquerda é a emissão de EUV do hélio ionizado no vento solar, que preenche o sistema solar. As faixas horizontais são o resultado da varredura EUV sobre a Lua, que reflete a radiação solar.
À noite, o instrumento ultravioleta
distante mede a densidade da ionosfera. A luz rosa (esquerda) é a emissão
de nitrogênio. A luz verde (azul) é a emissão de oxigênio.
Créditos: NASA / ICON / Harald Frey / Thomas Bridgman / Joy Ng
O último gerador de imagens da ICON é MIGHTI, abreviação de Michelson
Interferometer for Global Thermospheric Imaging de alta resolução. O
MIGHTI rastreia o brilho do ar vermelho e verde do oxigênio para medir como a
atmosfera neutra se move, o que os cientistas acham que desempenha um papel nas
mudanças diárias da ionosfera. Existe um padrão de franja preta sobre as
imagens MIGHTI; Immel disse que a mágica acontece nas entrelinhas. Ao
medir como o brilho do ar se move contra as linhas pretas, os cientistas podem
ler os movimentos, ou os ventos, da atmosfera superior.
"Com todos esses produtos de dados diferentes, faremos grandes
progressos ao responder às perguntas que a GOLD levantou para nós", disse
Immel. O que outras pessoas estão dizendo.
Vídeo: https://youtu.be/W7oJDC8BqUg
O MIGHTI rastreia o brilho do ar vermelho e verde do oxigênio para
medir como a atmosfera neutra se move, o que os cientistas acham que desempenha
um papel nas mudanças diárias da ionosfera.
Créditos: NASA / ICON / Christoph Englert / Joy Ng
Ultima atualização: 11 de dezembro de 2019
Editor: Lina Tran
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science and the Public
(SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and
Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA.A partir de 2019, tornou-se membro
da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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