Processos na atmosfera superior da Terra criam áreas brilhantes de cores conhecidas como claridade atmosférica, como pode ser visto aqui em uma imagem tirada da Estação Espacial Internacional. crédito: NASA
Nova pesquisa usando dados de NASAA missão Global Extremity and Disc Observation, ou GOLD, revelou um comportamento inesperado nas extensões de partículas carregadas que conectam o equador da Terra – talvez graças à visão global de longo alcance do GOLD, a primeira de seu tipo para este tipo. da medição.
O ouro está em uma órbita geoestacionária, o que significa que ele orbita a Terra na mesma velocidade do planeta e “paira” sobre o mesmo local. Isso permite que o OURO veja a mesma região para mudanças ao longo do tempo em longitude e latitude, algo que a maioria dos satélites que estudam a atmosfera superior não podem fazer.
“Como o GOLD está em um satélite geoestacionário, podemos capturar uma evolução temporal bidimensional dessa dinâmica”, disse o Dr. Xuguang Cai, pesquisador do High Altitude Observatory em Boulder, Colorado, e principal autor de um novo artigo de pesquisa.
GOLD concentra-se em partes da atmosfera superior da Terra que se estendem de cerca de 50 a 400 milhas de altura, incluindo uma camada neutra chamada termosfera e as partículas eletricamente carregadas que compõem a ionosfera. Ao contrário das partículas neutras na maior parte da atmosfera da Terra, as partículas carregadas na ionosfera respondem a campos elétricos e magnéticos que passam pela atmosfera e pelo espaço próximo à Terra. Mas, como as partículas carregadas e neutras são misturadas, algo que afeta uma população também pode afetar outra.
A missão GOLD da NASA – um acrônimo para Observations on the Global Tip and Disk Scale – viu um movimento assimétrico repentino em uma das bandas duplas de partículas carregadas que se formam na atmosfera da Terra à noite. A perspectiva única do GOLD (à direita) tornou esta observação possível, porque outros tipos de medições feitas a partir de instrumentos baseados no solo (à esquerda) não podem ver mudanças em mar aberto. Os pontos vermelhos mostram o pico da banda de elétrons medido por sensores baseados no solo medindo o conteúdo total de elétrons, enquanto os pontos pretos mostram o pico da banda de elétrons medido por OURO. No final da visualização, os picos medidos aparecem em locais diferentes. Crédito: Science Visualization Studio da NASA
Isso significa que a ionosfera e a alta atmosfera são formadas por uma combinação complexa de fatores, incluindo as condições climáticas espaciais – como tempestades geomagnéticas impulsionadas pelo sol – e o clima terrestre. Essas áreas também servem como uma rodovia para muitos de nossos sinais de comunicação e navegação. Mudanças na densidade e composição da ionosfera podem distorcer os sinais que passam por ela, como rádio e GPS.
Do seu ponto de vista em um satélite de comunicação comercial em órbita geoestacionária, o GOLD faz observações da ionosfera em nível hemisférico a cada 30 minutos. Essa visão sem precedentes oferece aos cientistas novos insights sobre como essa região está mudando.
movimento misterioso
Uma das características mais distintivas da ionosfera noturna são as bandas duplas de partículas densamente carregadas em ambos os lados do equador magnético da Terra. Essas bandas – chamadas de anomalias de ionização equatorial ou EIA – podem mudar de tamanho, forma e intensidade, dependendo das condições da ionosfera.
As bandas também podem mover sua posição. Até agora, os cientistas se basearam em dados capturados por satélites que passam pela região, calculando a média de medições ao longo de meses para ver como os alcances podem mudar a longo prazo. Mas as mudanças de curto prazo têm sido mais difíceis de rastrear.
Antes do GOLD, os cientistas suspeitavam que qualquer mudança rápida nas bandas seria simétrica. Se a banda do norte se move para o norte, a banda do sul faz um movimento reverso para o sul. Uma noite em novembro de 2018, GOLD viu algo que desafiou essa ideia: a banda sul de partículas derivou para o sul, enquanto a banda norte se manteve estável – tudo em menos de duas horas.
A forma do campo magnético da Terra (representado pelas linhas laranja nesta visualização de dados) perto do equador empurra as partículas carregadas (azul) para longe do equador, criando duas bandas densas ao norte e ao sul do equador, conhecidas como anomalia iônica equatorial. Crédito: Science Visualization Studio da NASA
Esta não é a primeira vez que os cientistas viram as bandas se moverem desta forma, mas este evento mais curto – apenas cerca de duas horas, em comparação com as duas horas mais típicas de seis a oito horas vistas antes – foi visto pela primeira vez e pode só foram observados antes. OURO. As notas são descritas em um artigo publicado em 29 de dezembro de 2020, em Journal of Geophysical Research: Space Physics.
A deriva simétrica dessas bandas ocorre devido à altura do ar que puxa as partículas carregadas com ele. Conforme a noite cai e as temperaturas esfriam, bolsões de ar mais quente aumentam. Partículas carregadas transportadas dentro dessas bolsas de ar mais quentes são conectadas por linhas de campo magnético e, para aquelas bolsas próximas ao equador magnético da Terra, a forma do campo magnético da Terra significa que o movimento ascendente também empurra as partículas carregadas horizontalmente. Isso cria a deriva simétrica norte-sul das duas bandas de partículas carregadas.
A causa exata da aberração assimétrica observada por GOLD permanece um mistério – embora Cai suspeite que a resposta esteja em uma combinação dos muitos fatores que moldam o movimento dos elétrons na ionosfera: reações químicas contínuas, campos elétricos e ventos de alta altitude soprando na região.
Surpreendentemente, porém, essas descobertas podem ajudar os cientistas a olhar para trás da cortina da ionosfera e entender melhor o que impulsiona suas mudanças. Uma vez que é impossível monitorar todos os processos com um satélite ou sensor terrestre, os cientistas confiam muito em modelos de computador para estudar a ionosfera, como aqueles que ajudam os meteorologistas a prever o tempo na Terra. Para criar essa simulação, os cientistas codificam o que suspeitam ser a física subjacente em ação e comparam a previsão do modelo com os dados observados.
Antes do GOLD, os cientistas obtinham esses dados de satélites ocasionais em trânsito e observações limitadas no solo. Agora, o GOLD está dando aos cientistas uma visão abrangente.
Referência: “Observação do aumento da radiação pós-pôr-do-sol OI 135,6 nm na América do Sul pela Gold Expedition” por Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E. Danielle, Carlos R. Martins, William E. McClintock e Inez S. Batista, 29 de dezembro de 202, Disponível aqui. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
doi: 10.1029 / 2020JA028108
