ESTAÇÃO ANTÁRTICA COMANDANTE FERRAZ SDR-BR

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - 

ESTAÇÃO ANTÁRTICA COMANDANTE FERRAZ -

CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO

O CLIMA ESPACIAL E O CLIMA NA REGIÃO DA ANOMALIA MAGNÉTICA DO ATLÂNTICO SUL

CONVÊNIO 2002-2012 - COORDENADORES - PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD, PROFESSOR ONEIDE JOSÉ PEREIRA

NOTAS DE AULA - INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE

ESTAÇÃO ANTÁRTICA COMANDANTE FERRAZ (Fonte: CPGMEFC)

O Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) em São José dos Campos, SP, instalou um espectrômetro no Laboratório de Meteorologia da Base de Pesquisas do Programa Antártico Brasileiro na EACF (Estação Antártica Comandante Ferraz). O sistema  opera na faixa de 14.000 kHz. O projeto levou três meses para ser implementado, o equipamento utilizado é o SDRZero utiliza para a recepção, uma antena dipolo V invertida cruzada (duas V intertidas) alimentadas com 90 graus de defasagem. O sistema de antenas foi projetado com o objetivo de obter baixo ângulo de irradiação (recepção)  e omnidirecionalidade. O sistema recebe sinais a partir do Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho, de um BEACON (Farol de propagação de rádio,  cuja finalidade é a investigação da propagação de sinais de rádio.), a imagem da recepção destes sinais é enviada via internet em tempo real. Outro sistema experimental instalado em 2005 está instalado na localidade de Pardinho - SP. O sistema da Estação Antártica Comandante Ferraz propicia dados de pesquisas de propagação em radiofreqüência  na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul. Os equipamentos utilizam um detetores por amostragem em quadratura (QSD, Quadrature Sampling Detector). E foi a partir destes sistemas que surgiu o projeto do SDRZero (Rádio Definido por Software) no Brasil e é de vital importância para o estudo da AMAS e seus efeitos no clima da Terra.

ESPECTRÔMETRO EACF (Fonte: CPGMEFC)

(Fonte: CPGMEFC)A partir da análise dos espectrogramas é possível coletar uma série de dados durante a "viagem" do sinal emitido para a Base Comandante Ferraz. Por exemplo, é possível analisar as flutuações de propagação, a atividade solar, o "clima espacial", fenômenos de fechamento de propagação ocasionados por condições anômalas, a influência da Anomalia Magnética do Atlântico Sul na propagação de ondas de radio na região onde se manifesta, e a modulação do clima na região da AMAS pela atividade solar.  O software do espectrômetro de Ferraz (2008) é baseado no espectrômetro de Pardinho, mas com várias modificações e melhoramentos. Os dados são transmitidos via Internet e recebidos no Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho, também foram executadas diversas leituras a partir de Curitiba do LACEC (Laboratório de Construção de Equipamentos Científicos) da UNIBEM, de onde foram enviados sinais a partirr de um BEACON, com transmissão contínua de 1 W de potência. As transmissões se iniciaram em 2008 e encerraram em 2012, analisadas pelo grupo de estudos de radioastronomia do IAE.

Espectrômetro Estação Antártica Comandante Ferraz (Fonte: CPGMEFC)

#angeloleithold O sinal, enviado 24 horas por dia, na freqüência de 14,089 MHz, captado pelo espectrômetro de Ferraz é disponibilizado na Internet e se observam as condições de propagação de rádio, além do mapeamento das sobre a natureza das descargas atmosféricas, propiciando assim uma leitura em tempo real da Energia Cinética propiciada pela atividade solar na Estratosfera e na Troposfera, principalmente. Nas figuras (11/02/2008 13:00UTC) não existe linha alguma, pois não há propagação de rádio na faixa dos 14 MHz (Ionização pobre nas camadas iônicas situadas na Termosfera) entre  Estação transmissora da Base Coutinho e a Estação receptora na Base Ferraz na Antárdida, enquanto que no espectrograma (11/02/2008 14:00), existe uma linha firme com variabilidade de intensidade exatamente na freqüência de 14,089 MHz. Tal leitura de variabilidade indica em dB as condições ionosféricas (população eletrônica e iônica). Sabendo a distância entre Coutinho e Ferraz, a potência de transmissão, a recepção em dB e o atraso do sinal (Tempo em que a radiofreqüência leva para propagar à Base Antártica), é possível calcular a altura da camada iônica. Com a variabilidade do sinal é possível calcular a quantidade iônica, com a leitura de ruído de fundo, é possível calcular a qualidade iônica da alta atmosfera. Com tais dados, é possível mensurar a Energia Cinética transferida à alta atmosfera e sua influência na Troposfera, portando, os "picos" de energia chegada à Terra na região da AMAS podem ser medidos e verificada a variabilidade climática modulada pelo clima solar. Tendo mais estações receptoras com espectrômetros, é possível constituir uma rede de monitoramento. Fazendo este tipo de leitura em outras freqüências, é possível monitorar a chegada de radiação solar e as condições de "clima" espacial. A quantidade de estações aumenta a precisão de leituras e ocorre a melhora de previsão de clima na região da AMAS. Cabe salientar que as ferramentas usadas na Meteorologia não se utilizam de tais dados, e, portanto, a conexão entre leituras iônicas (Energia Cinética) e leituras observacionais de satélites meteorológicos estatísticas (Clima), podem melhorar a previsibilidade de eventos extremos.

Espectrômetro Estação Antártica Comandante Ferraz - Leitura iônica - Linha vertical 14089 kHz - (Fonte: CPGMEFC)

Na EACF os experimentos com o espectrômetro (2008) a partir do o receptor "on line", os gráficos obtidos, quando comparados aos gráficos oriundos da NASA e da ESA (Agência Espacial Européia) mostraram a variabilidade de radiação provinda do Sol  (GOES-NOAA), e foi possível observar que os eventos extremos estão ligados à variação de Energia Cinética da Alta Atmosfera.  O sinal emitido em 14,089 MHz, com 1 W de potência, conectado a uma antena de quadro ficou no ar por quatro anos ininterruptamente e todas as vezes que ocorreram eventos extremos (Descargas atmosféricas, por exemplo), havia uma ligação estreita entre a ionização da atmosfera e a eletrização. Os dados foram todos tabulados e estão armazenados nos servidores do Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho.

Espectrômetro Estação Antártica Comandante Ferraz - Sinal de monitoramento iônico (Fonte: CPGMEFC)

As imagens embaixo mostram dois computadores, o primeiro (desktop esquerda), acessa a Base Comandante Ferraz, e faz a leitura do sinal disponibilizado pelo espectrômetro a cada 15 minutos. No computador da direita (Gabinete convencional) foi montado na placa de som um pequeno transmissor a cristal (Não é SDR) que emite uma potência de 1 W na freqüência de 14.089 kHz. Para ouros experimentos foi utilizado um transceptor FT-75 da Yaesu.

                                  Comparação entre variação do sinal piloto e atividade solar em 14 MHz (Fonte: CPGMEFC)

Acima, Transceptor e transmissor QRP de 1W.. O TS-130 utilizado em outras frequência monitoramento da estabilidade em freqüência do transmissor montado no PC ( 1W), usado com o SDR, dados tabulados e usados para análises desde o áudio (ruído - população eletrônica), até os ruídos de fundo das respectivas transmissões. 

Acima: Comparação entre variação do sinal piloto e atividade solar em 14 MHz (Fonte: CPGMEFC)

Embaixo: Espectros dos sinais e leitura que comparam as condições de radiação provindas do Sol (GOES) e o clima espacial na região da AMAS. (Fonte: CPGMEFC)

 Embaixo: Comparação entre variação do sinal piloto (À direita) e atividade solar, gráfico à esquerda. (Fonte: CPGMEFC)

CONCLUSÃO

Os sinais enviados para a Estação Antártica Comandante Ferraz, a partir do Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho, seu retorno via Internet, e posterior análise de dados comparativos entre Satélites GOES e os sinais lidos, comprovam a íntima ligação entre o clima espacial e o clima terrestre na região da AMAS. Se observa um delay entre os RX e os eventos climáticos de 36 horas. Os RX indicam explosões solares/aumento da atividade solar, o delay ocorre porque as partículas que causam o aumento da eletrização da alta atmosfera (elétrons) são muito mais lentas do que as ondas eletromagnéticas (RX, UV, HF) que levam oito minutos aproximadamente para atingir a região da AMAS. Se observou também um aquecimento na região da termosfera quando chegam partículas mais pesadas (Aumento de ruído térmico) como prótons e nêutrons, que, embora não se tenha um modelo eficaz de previsão, ao ocorrer CME's, ocorre uma maior quantidade de descargas atmosfericas na região da AMAS. Tais leituras com uma maior precisão, podem indicar com antecedência a ocorrência de picos de eventos climáticos que escapam às ferramentas de previsão meteorológica.