TERMOSFERA E IONOSFERA - EVENTOS 2008 2009

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CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE

 FREITAS COUTINHO



Pesquisas realizadas por Prof. MSc. Oneide José Pereira e Prof. BSc. Angelo Antônio Leithold

Estudos acerca do mínimo solar 2008-2009

A termosfera se localiza entre 90 e acima dos 600 km acima do solo, é onde ocorrem as auroras, orbitam artefatos de baixa altitude (Satélites, ônibus Espacial, etc) e a radiação solar faz o primeiro contacto com a Terra. Na região a radiação ultravioleta extrema (EUV) é ''filtrada'' em sua interação com as moléculas e íons presentes. Quando a atividade solar é alta, os fótons de Radiação Ultravioleta Extrema aquecem a termosfera e esta dilata, caso a atividade solar diminua, a termosfera contrai. Uma vez que a atividade solar tem sido muito baixa entre 2008 e 2009, com as manchas solares escassas, a radiação, por consequencia, também chegou a limites mínimos. 



(c) py5aal A concentração de Dióxido de carbono na Atmosfera da Terra provavelmente está causando alterações não somente na baixa atmosfera, mas, e inclusive na alta atmosfera. Além das alterações na temperatura média do planeta com aumento de 0,8º C em comparação com níveis anteriores à Revolução Industrial. Os cientistas espaciais estão percebendo algumas alterações drásticas no comportamento iônico da alta atmosfera, na região da termosfera. Na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, percebe-se que a propagação das ondas de rádio e que a duração de contactos entre estações, está sofrendo fortes alterações. Analisando a dinâmica físico-química da termosfera-ionosfera, é possível ter uma vaga idéia do porquê de tais alterações nos anos de 2008 e 2009. Em 2010 o Sol estava em seu mínimo de atividade, o Sul do Brasil está sob a região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, que gera alterações interessantes na baixa ionosfera, sobretudo nas camadas C e D, as mais baixas, mas, não se pode deixar de observar as regiões mais altas da Ionosfera, E, F1, F2 e F3, esta em latitudes maiores. Nas camadas mais baixas da ionosfera, a ionização é responsável pela absorção das ondas de rádio que se propagam, além de aumentar os ruídos de fundo devidos aos fenômenos de ionização. Quando ocorrem variações extremas de radiações e de partículas provindas do Sol, a ionosfera é fortemente ionizada e também ocorre um incremento de temperatura na termosfera, região onde as camadas iônicas estão inseridas conforme demonstra a figura 1. A Ionosfera, por conseqüência dilata e ocorre um afastamento das camadas iônicas da superfície, fazendo assim a propagação em HF mudar substancialmente seu alcance, ângulo e qualidade de sinal transmitido.

Figura 1: FIGURA 1: A Físico-Química da Termosfera-Ionosfera (Fonte: NASA)

(c) py5aal Uma vez que as configurações do campo geomagnético, dentro da região da AMAS, também são anômalas, a propagação de rádio na região sofre de uma forte variação, ao mesmo tempo, devidas as variações geomagnéticas, o ângulo de declinação magnética e sua intensidade do campo também variam. Assim,  a variação de propagação em HF sofre fortes variações devida a abrupta alteração, tanto da densidade iônica da região, quanto sua expansão, ou contração. 
(c) py5aal Num experimento realizado na faixa de 7,00 MHz em 08/11/2008, entre Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho (Instituto de Aeronáutica e Espaço - IAE) e em Curitiba, no Campus Universitário Dr. Bezerra de Menezes (Faculdades Intergradas Espírita - FIES), percebeu-se um fechamento total de propagação na faixa de 40 metros causado por uma tempestade geomagnética. Sabe-se que as tempestades que ocorrem no mínimo solar produzem efeitos fortemente sentidos sobre a ionosfera, pois quando ocorrem as tormentas em época de máximo solar, sua detecção se dá com menor intensidade. A magnitude das variações de vento solar e de alterações na Termosfera é maior nas médias latitudes, a região da AMAS está compreendida cerca de 30° S. Assim, é percebido que as perturbações nas correntes aéreas na Termosfera induzem fortes e repentinas mudanças na Ionosfera durante a propagação latitudinal e longitudinal dos distúrbios, causados por mudanças na composição da atmosfera neutra, as reduções de Oxigênio e Nitrogênio podem chegar até cerca de 80%. [1] Ocorre que no  ciclo solar 23, um importante evento aconteceu na Termosfera, uma contração muito além do esperado, e isto tem acontecido gradualmente a cada mínimo solar. Segundo o NOAA, esta foi a maior contração da termosfera dos últimos 43 anos. O colapso ocorreu nos anos de 2008 e 2009, quando o mínimo do Ciclo Solar 23/24 esteve num vale profundo de uma mínima atividade, considerada atípica. É sabido que a termosfera da Terra se esfria quando a atividade solar diminui, no ''mínimo 23'' houve uma redução de magnitude entre duas a três vezes menor que o esperado. 
(c) py5aal A termosfera se localiza entre 90 km e acima dos 600 km do solo, nela está inserida a Ionosfera (figura1). É nela onde ocorrem as auroras, orbitam artefatos espaciais de baixa altitude (Satélites, Ônibus Espacial, etc) e a radiação solar faz o primeiro contacto com a Terra. Na região, a radiação ultravioleta extrema (EUV) é ''filtrada'' em sua interação com as moléculas e íons presentes, esta variação de ionização é o que faz variar a propagação de ondas rádio. Quando a atividade solar é alta, os fótons de Radiação Ultravioleta Extrema aquecem a termosfera e esta dilata, fazendo assim se dilatar a ionosfera, caso a atividade solar diminua, a termosfera contrai, por conseqüência, a ionosfera também. Uma vez que a atividade solar foi muito baixa entre 2008 e 2009, com manchas solares escassas, a radiação também chegou a limites mínimos, logo a ionização também. As medições executadas por satélites e sensores em terra mostraram que a densidade termosférica, na altitude de 400 km, diminuiu intensamente, logo, as regiões F da ionosfera ficaram bastante tênues, o que reduziu a possibilidade de reflexão das ondas de rádio.[2] Esta redução vem ocorrendo desde o Ciclo 20, e tem sido observado também que as emissões solares no comprimento de ondas de 10,7 cm foram reduzidas. A consequência imediata é a diminuição da densidade estrutural da Termosfera. Assim, a Ionosfera também sofre uma grande redução em termos de densidade, ou seja, a Ionosfera se reduz a níveis jamais alcançados. Nas observações executadas entre 2008 e 2009, verificou-se que as reduções foram cerca de 28% abaixo das expectativas estabelecidas pelos mínimos solares anteriores, Figura 2.

FIGURA 2: Densidade termosférica em função da atividade solar. (Fonte: NASA)

(c) py5aal A técnica de verificação pela NASA na época, consistiu em medir o arrasto dos satélites que orbitam na região da termosfera, através da análise de redução de velocidade de mais de 5.000 aparelhos, em órbitas entre 200 e 600 km, com dados obtidos entre 1967 e 2010. Assim, foi possível verificar as variações de densidade, temperatura e pressão da termosfera. O colapso termosférico de 2008 e 2009 foi tão grande, que não se pode atribuir somente à atividade solar, existem outros elementos, dentre estes a quantidade de dióxido de carbono (CO2), que aquece a base da atmosfera e esfria o seu topo.  Assim, na época do mínimo solar o dióxido de carbono é responsável por 10% da redução de temperatura na região, 30% é causada pela redução de EUV e os 60% restantes são de causas ainda desconhecidas. Sabe-se, por exemplo, que a variação do clima global altera a composição da termosfera, faz variar as suas propriedades térmicas e as respostas a estímulos externos. Ou seja, a  sensibilidade geral da termosfera à radiação solar, pode realmente estar aumentando. As anomalias de densidade podem significar uma variação do balanço energético e feedbacks da química da alta atmosfera. Aumentando a atividade solar, a radiação EUV está aumenta, e a termosfera está novamente se recompondo.[3]
(c) py5aal A conclusão de tal raciocínio é que a dinâmica da atmosfera é modulada por diversos fatores, dentre estes as variações sazonais e temporais, além do ciclo solar. Contudo, o que mais interfere nos seus mecanismos, é a sua composição e as influências físicas sobre si, principalmente variações de radiação, temperatura e pressão, sendo que as últimas são dNeterminadas pelas variações da primeira. A Termosfera tem sua temperatura fortemente influenciada pela atividade solar, nela, os fenômenos de ionização são modulados pela radiação solar. Mas, entre 2008 e 2009 foi percebida uma anomalia no comportamento da termosfera, esta fez variar de forma substancial o comportamento da ionosfera com fechamentos e aberturas de propagação de rádio completamente fora do esperado. Numa análise feita pela NOAA e confirmada por experimentos efetuados pelos autores, sobre as variações dos índices de ruídos em HF,  nos anos de 2008 e 2009, chegou-se à conclusão de que não é somente a atividade solar está interferindo na alta atmosfera, existe uma componente físico-química que deve ser amplamente investigada, esta é o aumento da quantidade de dióxido de Carbono e outros elementos, que na alta atmosfera estão provavelmente aquecendo a sua base e resfriando o seu topo.

REFERÊNCIAS

[1] Pincheira, Ximena Andrea Torres Resposta do sistema ionosfera-termosfera a tempestades magnéticas no setor sul-americano. Tese de Doutorado em Geofísica Espacial, orientada pelos Drs. Inez Staciarini Batista e Mangalathayil Ali Abdu, aprovada em 29 de abril de 1998 (INPE/MCT). (http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0102-261X1999000100023)

[2] INPE SIMULAÇÂO COMPUTACIONAL E MEDIDAS EXPERIMENTAIS (http://www.dae.inpe.br/iono/index.php?page=ionsim)

[3] Phillips,Tony; A PUZZLING COLLAPSE OF EARTH'S UPPER ATMOSPHERE (http://science.nasa.gov/science-news/science-atnasa/2010/15jul_thermosphere/ ) Ionosfera




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