FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES
INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE
CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO
Convênio 2006-2012
Pesquisas realizadas por Prof. MSc. Oneide José Pereira e Angelo Antônio Leithold
04.1 A IONOSFERA 04.2.1 A CAMADA "C" DA IONOSFERA
(c) py5aal As radiações solares, ultravioleta (UV) e os Raios-X, são responsáveis pela ionização em todas as camadas ionosféricas [1] , [2]. A atividade solar ditada pelo Ciclo Solar, logo associada ao ciclo das manchas solares, demonstra que quanto mais manchas, maior atividade, ou maiores são as radiações emanadas. Na Terra, regiões geográficas diferentes, (polares, zonas de auroras, médias-latitudes, e regiões equatoriais), têm variações eletro-iônicas diferentes. Há mecanismos que perturbam a ionosfera e diminuem a sua ionização de formas diversas. Há perturbações, como chamas solares, que liberam partículas carregadas pelo vento solar. Estas chegam à Terra e interagem com seu campo geomagnético. Existe também em todas as camadas, segundo a natureza de cada uma, o efeito sazonal da ionização [1], [2], por exemplo: o hemisfério de inverno local, é inclinado de modo a ficar mais distante do Sol, do que o hemisfério de verão. Assim, na ionosfera local, a quantidade eletro-iônica é menor no inverno que no verão. A radiação eletromagnética propagada num meio plasmático ionosférico de densidade eletro-iônica distribuída em camadas, tem, de forma simplista, analogia à propagação de raios luminosos dentro de líquidos com diferentes densidades num mesmo recipiente (Àgua e óleo, por exemplo). A Ionosfera está sujeita a variações geográficas, temporais e à dinâmica terrestre e celeste. Exerce um efeito sobre as características de propagação das ondas eletromagnéticas abaixo de si e no próprio meio, está sujeita às variações ocasionadas pelas anomalias geomagnéticas, à exemplo das anomalias Equatorial e do Atlântico Sul [1]. A propagação de RF é sobretudo influenciada pela densidade eletrônica, e/ou iônica, que à noite em geral, é mais baixa do que durante o dia. A densidade de elétrons livres é proporcionalmente direta à densidade iônica, portanto, quanto mais elétrons livres, mais íons. Pode ser observada a distribuição de densidades eletrônicas diferentes em alturas diferentes. Na medida em que as horas do dia e da noite avançam, ocorrem variações eletro-iônicas quantitativas e qualitativas, havendo inclusive uma separação em regiões conforme o nível energético.
(c) py5aal Conforme descrito anteriormente, a composição iônica é determinada pelas influências das radiações e partículas solares e cósmicas energéticas incidentes. Levando-se em conta a distribuição e densidade iônica, a atmosfera é dividida por camadas (ou regiões) desde a mesosfera até termosfera, ou seja, até aproximadamente 550 km de altitude, suas separações são determinadas segundo a natureza físico química e densidade iônica, Appleton denominou as regiões de diferentes quantidades eletro-iônicas de camadas (Layer's):
(c)y5aal
* Camada C: A mais próxima ao solo, fica em torno de 60 km, é a região mais baixa da Ionosfera, muitas vezes se confunda com a camada D, pois sua espessura é enm torno de 6 km e tem uma condutividade de 1.8 x 10-7 mhos/m, é pouco conhecida, seu estudo ainda está em andamento pelos mais diversos instuitutos de pesquisas espaciais, etc;
* Camada D: A mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km; (c) py5aal
* Camada E, acima da camada D, embaixo da camada F, altitude média é entre 80 e 100-140km. Semelhante à camada D;
*Camada E Esporádica, fica mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si;
*Camada F, está acima da camada E, se subdivide em até 3 sub-camadas, F1, F2 e F3, sendo que a ultima é muito pouco estudada.
6.4 Comportamento do plasma ionosférico.
(c) py5aal As radiações eletromagnéticas propagadas no meio plasmático ionosférico, se comportam analogamente às ondas sônicas dentro de fluídos de diferentes densidades, ou mesmo de forma similar à propagação de raios luminosos dentro de um líquido. Num aquário, por exemplo, para quem olha de baixo para cima, muitas vezes vê a própria imagem refletida sem enxergar o lado de fora dependendo do ângulo de observação. As ondas eletromagnéticas, se comportam portanto, ora refletindo, ora refratando, ora sem receber resistência alguma no meio onde se propagam. Logo, a energia propagada deverá variar conforme a variação das condições físicas [3], [4]. Devido comportamento da ionosfera, ora semelhante a um meio tênue, ora denso, ora dutificando os sinais de RF, é possível se obter muitas informações da alta atmosfera, principalmente na região da AMAS.
(c) py5aal Na ionosfera, a propagação de RF, é sobretudo influenciada pela densidade eletrônica, e/ou iônica, que à noite em geral, é mais baixa do que durante o dia. Fato interessante a se observar, é a densidade de elétrons livres que é proporcionalmente direta à densidade iônica, portanto, quanto mais elétrons livres, mais íons. Podemos observar facilmente, a distribuição de densidades eletrônicas diferentes em alturas diferentes. Na medida em que as horas do dia e da noite avançam, ocorrem variações eletro-iônicas quantitativas e qualitativas, havendo inclusive uma separação em regiões conforme o nível energético. Appleton denominou as regiões iônicas com diferentes quantidades de elétrons livres e íons por camadas (Layer's), D , E, E Esporádica, F1, F2. A radiação eletromagnética propagada num meio plasmático ionosférico tem um comportamento análogo à propagação de raios luminosos dentro de líquidos com diferentes densidades num mesmo recipiente (Àgua e óleo, por exemplo). As radiações solares, ultravioleta (UV) e os Raios-X em comprimentos de onda mais curtos, são responsáveis pela ionização em todas as camadas ionosféricas. Também a atividade solar (Ciclo Solar) é associada ao ciclo das manchas solares, ao ciclo de 27 dias entre outros. Também é sabido que quanto mais manchas, maior atividade, ou maiores são as radiações emanadas [3], [4], [10]. Outro ponto importante, são as regiões geográficas (polares, zonas de auroras, médias-latitudes, e regiões equatoriais) que têm variações eletro-iônicas diferentes conforme o local [1], [4]. Há mecanismos que perturbam a ionosfera e diminuem a ionização, no caso da região da AMAS, há perturbações, como chamas solares, que liberam partículas carregadas pelo vento solar. Estas chegam à Terra e interagem com seu campo geomagnético, muitas são presas a este [3]. Existe também em todas as camadas, segundo a natureza de cada uma, o efeito sazonal da ionização. Por exemplo: o hemisfério de inverno local, é inclinado de modo a ficar mais distante do Sol, do que o hemisfério de verão. Assim, na ionosfera local, a quantidade eletro-iônica é menor no inverno que no verão. Na camada D, os átomos geram no processo de ionização, fótons nos mais diversos comprimentos de onda, uma vez que é a mais próxima da superfície da Terra, 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, esta é uma forma de se conseguir medir indiretamente o nível de ionização na região da AMAS, isto é, fazendo um levantamento do ruído de fundo, o que propicia uma forma simples de se medir as variações iônicas na região da Anomalia do Atlântico Sul de forma indireta [3]. Uma vez que a ionização é devida em grande parte às radiações alfa-Lyman (Alpha-Lyman series-alpha hydrogen radiation), num comprimento de onda de 121.5 nanômetros (nm) que ioniza o óxido nítrico. Esta absorvida é capaz de desalojar um elétron de um átomo de gás neutro ou molécula. Na ionosfera, existem ânions, cátions e elétrons livres, e a ionização depende principalmente do Sol, que no ciclo ativo, com mais de 50 manchas, os Raios-X ''duros'', (comprimento de onda < 1 nm), ionizam o ar, (N2, O2) [1], [5]. O processo de ionização inicia ao nascer do Sol, durante o dia aumenta a quantidade de íons, assim, o "chiado", ou ruído de fundo em VLF aumenta proporcionalmente. 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, que 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 uma maior recombinação [1], [2], [3], [4]. Como 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, conseqüentemente maior densidade iônica, assim, as ligações iônicas são desta forma mais comuns.
(c) py5aal O ponto de equilíbrio entre os dois processos, recombinação e ionização, que determina o grau iônico do meio. Se um elétron livre se desloca aleatoriamente próximo a um íon positivo, que também está se deslocando, existe grande possibilidade de ambos 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''. A recombinação na regiâo D 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 refletidas, ou se ocorre a reflexão é em freqüência muito baixa. Os elétrons livres gerados pelos raios cósmicos na camada D, tendem a se unir a moléculas para formar íons negativos à noite, sendo desprendidos pela radiação solar durante o dia. A freqüência de recombinação entre elétrons e outras partículas na região D durante o dia, conforme já visto anteriormente, é aproximadamente 10 milhões de colisões por segundo. Assim com um aumento menor da absorção quanto maior a freqüência, existe a possibilidade de se medir a ionização na alta atmosfera na região da AMAS o que poderia propiciar também uma leitura a partir do ruído de fundo nas faixas abaixo dos 10 MHz [3], [4]. A absorção na camada D à noite é pequena e maior quando o Sol está a pino. A região fica bastante reduzida após o pôr-do-sol, contudo ficam resquícios devidos raios cósmicos. Um exemplo comum do que ocorre na camada D, é o desaparecimento dos sinais a partir de uma certa distância em Ondas Médias. A densidade de elétrons livres e de íons na parte superior da ragião D, é aparentemente encadeada com a camada E, pois já foram observadas variações sistemáticas latitudinais, temporais e de ciclos solares em absorção.