Estruturas em forma de letras X e C detectadas na atmosfera intrigam cientistas

A cada dia, sinais de rádio dos principais satélites de notícia e navegação viajam livremente através de uma classe da atmosfera terrestre conhecida uma vez que ionosfera.

Flutuando entre 80 e 643 quilômetros supra de nossas cabeças, sob as regiões mais baixas do espaço onde alguns satélites de notícia orbitam, essa zona na subida atmosfera também abriga muitos enigmas não resolvidos — incluindo um em forma de alfabeto que tem o potencial de frustrar tudo o que esses sinais de rádio fazem para manter a vida em nosso planeta funcionando suavemente.

Os astrônomos sabem há qualquer tempo que sistemas em forma de X podem comparecer no plasma da ionosfera — um mar de partículas carregadas — em seguida tempestades solares.

Eventos vulcânicos e condições meteorológicas extremas na Terreno também podem ocasionar o fenômeno. Grandes erupções, uma vez que a do Hunga Tonga-Hunga Ha’apai em janeiro de 2022, lançam partículas na atmosfera terrestre que chegam até o espaço. Ainda, tempestades e furacões podem gerar ondas de pressão que alcançam a ionosfera.

Enquanto isso, durante a noite desses períodos ativos — quando a radiação solar não é tão poderoso — é quando bolhas de baixa densidade aparecem na ionosfera.

Os dados de satélite nem sempre conseguiram conquistar a imagem completa do que ocorre na ionosfera, mas a missão Gold da Nasa (Dependência Espacial dos Estados Unidos) tem uma visão panorâmica da classe atmosférica sobre o Hemisfério Ocidental a partir do espaço, revelando uma vez que diferentes fatores causam distúrbios na ionosfera.

Analisando dados coletados pela missão Gold astrônomos encontraram características semelhantes em forma de X e Cs nunca antes vistos que surpreendentemente parecem ter aparecido durante “períodos tranquilos” quando não havia distúrbios atmosféricos, segundo novas pesquisas. As descobertas estão desafiando o que se sabe sobre uma vez que as estruturas incomuns podem se formar e seus potenciais impactos.

Os dados da missão estão ajudando os cientistas a ver “uma vez que a atmosfera da Terreno é complexa” enquanto mostram que ela é mais variável do que se esperava, mesmo quando não há uma desculpa óbvia por trás dos distúrbios em forma de alfabeto na classe ionizada, disse Jeffrey Klenzing, pesquisador pesquisador que estuda a ionosfera no Goddard Space Flight Center da Nasa em Greenbelt, Maryland.

“Eu suspeitaria que isso sempre esteve acontecendo”, disse ele. “A questão tem sido basicamente que não tínhamos dados suficientes para realmente ver que isso está acontecendo.”

Obter uma melhor compreensão dos fenômenos em forma de letras pode ajudar os cientistas a desvendar a dinâmica entre a ionosfera e o clima — e uma vez que a interação pode simbolizar riscos para as pessoas e sistemas na Terreno.

Cristas em forma de X

A ionosfera nem sempre é uma classe de gás perfeitamente lisa e está em permanente mudança. Ela se torna eletrificada quando a luz solar a atinge — a radiação solar remove elétrons dos átomos e moléculas para gerar plasma que permite que as comunicações por rádio viajem longas distâncias.

Mas à medida que o Sol desaparece à noite, a ionosfera se torna mais fina e as partículas antes carregadas se acalmam e se tornam partículas neutras, segundo dados da Nasa. É nesse momento que bolhas podem se formar na ionosfera.

As linhas do campo magnético da Terreno também carregam partículas carregadas flutuando livremente na atmosfera para duas faixas densas ao setentrião e ao sul do Equador conhecidas uma vez que cristas. Dadas as suas várias densidades, cristas e bolhas que se assemelham a diferentes formas dentro da ionosfera podem ocasionar interferências nos sinais de notícia e GPS.

A missão Gold, ou Global-scale Observations of the Limb and Disk, vem monitorando a ionosfera desde seu lançamento em janeiro de 2018. O satélite orbita a Terreno na mesma velocidade em que o nosso planeta gira, viabilizando que a espaçonave permaneça em uma permanente posição sobre o Hemisfério Ocidental.

A Gold detectou os sinais mais claros das características em forma de X e C em 2019, 2020 e 2021 — e em lugares inesperados. As evidências estão fazendo com que os pesquisadores questionem os potenciais efeitos dos Xs e Cs nos sinais de notícia no porvir.

“A missão Gold da Nasa é a primeira a observar as formas alfabéticas de maneira inequívoca”, disse Fazlul Laskar, responsável principal de um estudo sobre os formatos em X publicado em abril no Journal of Geophysical Research: Space Physics.

“Essas formas revelam que a ionosfera pode ser muito dinâmica às vezes, exibindo estruturas inesperadas”, acrescentou Laskar, pesquisador pesquisador no Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado. “Outrossim, demonstra que o clima atmosférico subalterno pode ter um enorme impacto na ionosfera.”

A reparo da Gold de várias instâncias de formação dos Xs “durante condições de quietude geomagnética” — em vez de durante distúrbios atmosféricos, uma vez que tempestades solares ou clima terrestre, quando eram vistos anteriormente — agora diz aos cientistas que qualquer outro mecanismo deve ser responsável pela formação das formas, disse Laskar. Os modelos de computador apontam para mudanças na atmosfera subalterno que puxam o plasma para ordinário uma vez que uma verosímil explicação, de consonância com o estudo.

“A [aparência do] X é estranha porque implica que há fatores de transporte muito mais localizados,” disse Klenzing, que não participou do estudo publicado em abril. “Isso é esperado durante os eventos extremos, mas vê-lo durante ‘tempo despreocupado’ sugere que a atividade da atmosfera subalterno está dirigindo significativamente a estrutura da ionosfera.”

Bolhas em C nunca antes vistas

Separadamente, o Gold também observou bolhas de plasma em forma de C que podem ser influenciadas por outros fatores.

Normalmente, essas estruturas são longas e retas porque se formam ao longo das linhas do campo magnético da Terreno. Mas algumas das bolhas se assemelham a formas curvas, que parecem Cs ou Cs invertidos, e os cientistas pensam que podem ser moldadas pelos ventos da Terreno.

Enquanto as formas dessa letra podem se desenvolver se os ventos aumentarem com a altitude, os Cs invertidos podem se configurar se os ventos diminuírem com a altitude, de consonância com modelos de pesquisa.

“É um pouco uma vez que uma árvore crescendo em uma espaço ventosa,” disse Klenzing. “Se os ventos são tipicamente para o leste, a árvore começa a se inclinar e crescer nessa direção.”

Mas a Gold observou bolhas de plasma em forma de C e C voltado incomumente próximas, a unicamente tapume de 644 quilômetros de intervalo, ou aproximadamente a intervalo entre Baltimore e Boston, de consonância com um estudo de novembro de 2023 publicado no Journal of Geophysical Research: Space Physics.

“Dentro dessa proximidade, essas duas bolhas de plasma com formas opostas nunca haviam sido pensadas, nunca haviam sido imaginadas,” disse Deepak Karan, pesquisador pesquisador no Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado. Karan trabalha na missão Gold e é o responsável principal do estudo sobre a forma em C e coautor do estudo sobre a forma em X.

Atividade semelhante a um tornado, deformação da manante de ar ou um vórtice poderia estar criando uma turbulência na atmosfera que desculpa mudanças nos padrões de vento em uma espaço tão pequena, disse Karan. Mas eles nunca esperavam ver bolhas estruturadas tão opostamente tão próximas.

“O indumentária de termos formas muito diferentes de bolhas tão próximas nos diz que a dinâmica da atmosfera é mais complexa do que esperávamos,” disse Klenzing.

Até agora, o Gold observou unicamente duas instâncias dessas estruturas próximas, mas as bolhas em forma de C têm o potencial de interromper comunicações.

“É realmente importante deslindar por que isso está acontecendo,” disse Karan. “Se um vórtice ou uma deformação muito poderoso no plasma suceder, isso distorcerá completamente as partículas naquela região. Os sinais serão completamente perdidos com uma perturbação poderoso uma vez que essa.”

Karan disse que esses vórtices, que podem persistir horas, se assemelham a tornados que ocorrem na atmosfera subalterno da Terreno, mas o mistério que os cientistas não conseguem resolver é uma vez que as estruturas se formam na ionosfera durante o “tempo despreocupado.”

“Desvendar o mistério dessas formações de bolhas de plasma não é unicamente uma curiosidade científica, mas também de valor prática para mitigar os efeitos adversos nos sistemas de notícia e navegação,” disse ele.

Tentativas de entender uma vez que as bolhas se formam tão próximas com as ferramentas de modelagem atuais têm sido malsucedidas, disse Karan. Ele espera que, ao publicar a pesquisa e incluir todos os possíveis mecanismos de estruturação, a comunidade científica possa se unir para resolver o mistério.

Um tesouro de dados do Gold

A missão Gold é bastante adequada para conquistar características inesperadas na ionosfera devido à sua trajectória. Enquanto missões anteriores de satélites podiam conquistar unicamente uma pequena secção de um evento em uma dimensão, nascente projeto pode tirar várias imagens de um evento ao longo de horas, disse Laskar. E ele espera que ainda mais características surpreendentes sejam reveladas nos dados no porvir.

“Devido a essa ampla visão e medições contínuas, a Gold nos permitiu observar esses mistérios dentro da ionosfera,” disse Karan. Ele disse que ainda há muitas perguntas sem resposta sobre essa classe atmosférica, uma vez que as mudanças na atmosfera subalterno e a atividade solar influenciam o movimento das partículas carregadas na ionosfera.

Oferecido que as tempestades solares podem aumentar devido ao Sol se aproximando do pico de seu ciclo de 11 anos, chamado sumo solar, os astrônomos também querem ter uma melhor compreensão de uma vez que a constituição da ionosfera muda durante esses eventos, porque inchaços repentinos de partículas carregadas podem aumentar o arrasto nos satélites e encurtar suas vidas úteis, disse Karan.

Correntes elétricas também fluem na ionosfera, e um aumento delas durante tempestades solares pode danificar linhas de transmissão e transformadores terrestres, disse ele.

Durante a tempestade geomagnética de 10 de maio que atingiu a Terreno, a empresa de tratores John Deere relatou que alguns clientes dependentes de GPS para lavradio de precisão experimentaram uma interrupção.

“O maior impacto na indústria agrícola centrou-se nos sistemas de orientação por GPS,” disse Tim Marquis, gerente sênior de produtos da John Deere, em um expedido. “Os receptores de GPS funcionam quando um sinal é recebido em intervalos regulares, muito parecido com um compasso de um metrônomo, de um satélite em trajectória.

Durante tempestades solares, esse sinal atinge uma ‘névoa’ de partículas carregadas e pode ser perdido. E as máquinas não podem saber precisamente onde estão devido a essa interferência.”

Os resultados pendentes dos estudos dos dados do Gold durante a tempestade geomagnética de 10 de maio podem ajudar os astrônomos no desenvolvimento de um sistema de previsão do clima espacial, disse Laskar.

“Uma coisa que precisamos ter é um sistema de previsão do clima espacial que possa nos expor quando teremos problemas com sinais de GPS e quando as órbitas dos satélites podem precisar ser ajustadas para evitar colisões catastróficas,” ele disse.

Perder um sinal de GPS na Terreno não é unicamente irritante para pessoas tentando encontrar um sítio onde nunca estiveram. Os sinais de navegação são amplamente utilizados em transporte marítimo, terrestre, lavradio e construção também.

Quando bolhas, cristas ou tempestades solares perturbam a distribuição do plasma na ionosfera, os sinais de rádio passando pela classe atmosférica podem ser alterados, perdidos ou desvanecer, disse Karan.

“Pode possuir impactos que ameaçam a vida devido à perda repentina de sinais de GPS em aeronaves, navios e automóveis, o que é ainda mais terrível de imaginar,” disse ele.

O Gold e conceitos de missões futuras poderiam ajudar os cientistas a entender melhor os fenômenos por trás dessas características X e C recentemente observadas — e até mesmo talvez prever tais mudanças antes que ocorram na ionosfera.

“Um dos desafios para os pesquisadores da ionosfera é eventualmente ser capaz de prever suas dinâmicas com antecedência,” disse Laskar, “para que possamos estar preparados para a perda de sinal de GPS e interrupções nas comunicações por satélite.”

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Nascente teor foi criado originalmente em inglês.

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