INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE -FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES - CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO - Convênio 2006-2012 Professor Angelo Antônio Leithold
04.2.1 A CAMADA "C" DA IONOSFERA 04.2.3 A CAMADA "E" DA IONOSFERA
c) py5aal Na camada D, os átomos geram no processo de ionização, fótons nos mais diversos comprimentos de onda, é a mais próxima da superfície da Terra, fica entre 50 km e 80~90 km de altitude. A atenuação das ondas de rádio é causada pela alta densidade de elétrons-livres gerada pela radiação solar, que é pronunciada durante o dia. À noite, a ionização cessa, e conseqüentemente a atenuação.
A ionização
(c) py5aal A ionização é devida à radiação do Hidrogênio a-Lyman (Lyman series-alpha hydrogen radiation), num comprimento de onda de 121.5 nanômetros (nm) que ioniza o óxido nítrico. A radiação absorvida é capaz de desalojar um elétron de um átomo de gás neutro ou molécula durante uma colisão. Na ionosfera, existem ânions, cátions e elétrons livres, a ionização depende principalmente do Sol, que no ciclo ativo, com mais de 50 manchas solares, os Raios-X ''duros'', (comprimento de onda < 1 nm), ionizam a alta atmosfera, (N2, O2). O processo de ionização inicia ao nascer do Sol, durante o dia, aumenta a quantidade de íons. Também ocorre a união entre os elétrons livres e as moléculas neutras, formando assim íons negativos. Nota-se na parte inferior da camada D, abaixo dos 70 Km, a ionização é produzida principalmente pelos raios cósmicos energéticos que ocorrem durante todo o dia. Ao anoitecer o processo se inverte, ocorrendo assim uma oscilação ionização/recombinação dia/noite respectivamente, ou seja, durante o dia existe uma maior ionização, e durante a noite maior recombinação.
A recombinação
(c) py5aal Uma vez que a densidade dos gases aumenta nas menores altitudes, o processo de recombinação das moléculas na camada D ocorre mais facilmente, pois, os átomos estão mais próximos do que nas altas altitudes devida maior pressão atmosférica, assim, as ligações iônicas são desta forma mais comuns. O ponto de equilíbrio entre os dois processos, determina o grau de ionização do meio em determinado momento. Se um elétron livre se desloca aleatoriamente próximo a um íon positivo, ou cátion, que também está se deslocando, existe grande possibilidade de ambos se atrair, portanto, se recombinar. Ao diminuir a energia provinda do Sol ao anoitecer, os elétrons são ''atraídos'' pelos íons positivos, formando moléculas neutras. Uma vez que não existe o ''agente energizador'' (O Sol), devida densidade atmosférica mais alta na altitude da camada D, a recombinação é mais alta que nas outras regiões, ou camadas, assim, o efeito de ionização é muito baixo, e como resultado, as ondas de rádio de altas-freqüências (HF) não são refratadas da mesma forma que em altitudes maiores. Os elétrons livres gerados pelos raios cósmicos tendem a se colidir e se unir a moléculas para formar íons negativos à noite, sendo desprendidos pela radiação solar durante o dia novamente. A freqüência de colisão entre elétrons e outras partículas na região D durante o dia, é aproximadamente 10 milhões de colisões por segundo. Esta camada é a principal responsável pela absorção em Alta Freqüência (Chamada HF, High Frequency), particularmente abaixo de 10 MHz, com um aumento menor da absorção quanto maior a freqüência. A absorção à noite na camada D é pequena e maior quando o Sol está a pino. A regiuão tem sua quantidade de íons bastante reduzida após o pôr-do-sol, mas ficam resquícios devidos raios cósmicos provindos do espaço exterior. Um exemplo comum do que ocorre na camada D, é o desaparecimento dos sinais de radiofreqüência a partir de uma certa distância em Ondas Médias (Também chamadas MF).
Densidade eletro-iônica
(c) py5aal Os elétrons também podem sair de um determinado volume por difusão ou se deslocar para longe sob as influências dos gradientes de temperatura, de pressão, das forças gravitacionais ou dos campos elétricos e magnéticos estabelecidos por ionizações próximas e seus movimentos. De todas camadas iônicas, a camada D é a menos estudada, demonstra grande variabilidade e sua estrutura é fina [2], [3]. As prováveis reações químicas responsáveis por sua formação envolvem principalmente o óxido nítrico e outros constituintes da atmosfera, pouco se conhece ainda qual a influência do campo geomagnético na região [3]. A densidade eletro-iônica na parte superior da camada D, é aparentemente encadeada com a camada E, pois existem variações sistemáticas latitudinais, temporais e de ciclos solares em absorção[4]. São constatadas variações de absorção irregulares de forma aparentemente aleatória (Acredita-se que aí podem haver influências do geomagnetismo ou dos clarões solares, ou ambos [3]). Nas latitudes médias são notadas altas absorções anomalamente em certos dias durante o inverno. Provavelmente estas anomalias estão relacionadas ao aquecimento da estratosfera e provavelmente está associada às modificações na composição química devida relativa baixa altitude da camada D [1].
Absorção
(c) py5aal Sabe-se que a camada D é a principal responsável pela absorção da RF devidas colisões de elétrons na altitude onde esta ocorre. A ionização na camada D inferior e também a da sua parte superior, é muito maior durante o dia do que à noite. No entanto, a densidade eletrônica na camada D inferior, estando relacionada à incidência de raios cósmicos, é reduzida com o aumento no número de manchas solares. Existe uma ionização adicional da camada D, presume-se, que é produzida nas altas latitudes pelas partículas que chegam dirigidas ao longo das linhas de força do campo geomagnético [3]. Os elétrons energéticos e partículas presas [3] produzem os eventos de absorção auroral característica sobre uma faixa estreita em latitudes de cerca de 10°, estes associados às regiões aurorais visuais.
A Camada D e a magnetosfera na região da AMAS
(c) py5aal O aparecimento da camada D é ao amanhecer, indo acumulando energia por absorção até o pôr do Sol. Na medida em que o horário avança, aumenta significativamente o número de íons, permanecendo até após o anoitecer [3]. A quantidade de íons atinge o pico no final da tarde, a região D é a camada que menos refrata e praticamente não reflete os sinais de rádio que passam por si. As freqüências mais afetadas pela absorção camada estão situadas abaixo dos 10 Mhz, portanto, quando está muito ionizada pode causar o fechamento de propagação naqueles comprimentos de onda durante o dia. Acima da camada D, está a camada E e a camada E esporádica, que estão localizadas embaixo das camadas F1 e F2 (durante o dia), sua altitude média é entre os 80 e os 100~140 km [1], [2], [3]. A magnetosfera terrestre apresenta a parte frontal a aproximadamente 10 raios terrestres, uma espessura de 30-50 raios terrestres e uma cauda que se alonga a mais de 100 raios terrestres [4]. Mesmo um astro sem campo magnético pode apresentar uma magnetosfera induzida, que é consequência das correntes elétricas sustentadas pela ionosfera existente [3] [5]. A Terra aparentemente se comporta como um dipolo perfeito - transmissão ideal de forças entre os dois pólos- porém , já se sabe que, devida inclinação de 11,5 graus [3] em relação ao eixo de rotação, os pólos são assimétricos. Para medir a intensidade do campo magnético vertical, na profundidade de 2.900 quilômetros, na interface manto-núcleo, foi desenvolvida uma técnica de cálculo convencionalmente usada na superfície [4]. Além dos pontos de fluxo reverso é possível perceber o movimento de duas colunas de convecção (representativas, que fazem parte dos modelos teóricos de geração do campo), que rotacionam em torno do eixo de rotação terrestre, influenciando na geração do campo que se observa na superfície, isso é facilmente perceptível em paleomagnetismo. [3], [4], [5]. A camada D é rica em ruídos de baixas freqüências, estes se propagam por milhares de quilômetros, podem ser utilizados para se verificar a influência da ionização do Sol. A Magnetosfera é a região definida pela interação do plasma magnetizado do Sol com a região magnetizada da Terra em que os processos eletrodinâmicos são basicamente comandados pelo campo magnético intrínseco do planeta e sua interação com a estrela, conforme descrito anteriormente. Sua morfologia, numa visão simples, é semelhante à uma bolha comprimida na parte frontal ao fluxo estelar incidente no astro e distendida no sentido do afastamento desse fluxo [1], [2], [3].
Monitoramento da camada "D"
(c) py5aal Sabe-se que a camada D é a principal responsável pela absorção da RF, e que a ionização na na sua região inferior e superior, é muito maior durante o dia do que à noite. Também é sabido que a densidade eletrônica na camada D inferior, estando relacionada à incidência de raios cósmicos, é reduzida com o aumento no número de manchas solares. Existe uma ionização adicional na região, que se presume, produzida nas altas latitudes pelas partículas apriisionadas que chegam dirigidas ao longo das linhas de força do campo geomagnético [3]. Os elétrons energéticos provindos do Sol, produzem os eventos de absorção auroral característica sobre uma faixa estreita em latitudes de cerca de 10°, estes associados às regiões aurorais visuais. A propagação de RF é influenciada pela densidade eletrônica e iônica, portanto, a RF e a influência da radiação Lyman a na região D e radiações eletromagnéticas em freqüências muito baixas, entre 10 kHz até cerca de 50 kHz, na faixa denominada VLF (Very Low Frequency) são facilmente mensujráveis e o ruído gerado captado há milhares de quilômetros. [3]. É de vital importância na pesquisa de regiões de menor altitude da Ionosfera, sabidamente na banda de freqüência muito baixa do espectro eletromagnético. É possível detectar desde fenômenos correlatos à Atmosfera, radioastronomia, astronomia dentre outros. De todas as camadas ionosféricas, é sabido que a D é a mais próxima do solo, é a que oferece as melhores possibilidades do estudo das radiações solares e das suas influências sobre a Terra, principalmente no estudo da AMAS [3]. A camada D, devida suas características, é importante tanto para o estudo de propagação de energia eletromagnética emitida por sondas que trabalham em comprimento de onda quilométrico, quanto para o estudo do ruído atmosférico natural. Portanto, através da observação na faixa alguns quilohertz, é possível verificar as flutuações das condições iônicas e características físico-químicas da região D, e assim, indiretamente, é possível mensurar as condições solares de emissão de raios-X , das radiações denominadas Lyman alfa.