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FACULDADES INTEGRADAS 'ESPÍRITA' – FIES
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DR. BEZERRA DE MENEZES – UNIBEM
CURSO DE FÍSICA COM ÊNFASE EM ASTRONOMIA
Campus de Pesquisas Geofísicas "Major Edsel de Freitas Coutinho"
- Paula Freitas - Paraná -
A importância do Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho reside no estudo dos efeitos da ocorrência da anomalia que se dá entre –90º a +40º de longitude e –50º até a linha do Equador. Logo, toda a América do Sul encontra-se sob seus efeitos, e, em especial, a Base está muito próxima do epicentro, este se localiza próximo das fronteiras do Brasil-Argentina-Paraguai.
A anomalia geomagnética quando ocorrem alguns eventos solares, como massa coronal ejetada, dentre outros, gera correntes induzidas em ULF, ou Freqüência Ultra Baixa, menor que 3 Hz, além de criar condições anômalas na ionização da ionosfera terrestre. O Laboratório de Pesquisas em Geomagnetismo de Paula Freitas, é uma base de pesquisas é mantida pelas Faculdades Integradas 'Espírita', UNIBEM em parceria com o Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, Instituto de Aeronáutica e Espaço, (IAE). A finalidade principal o estudo da AMAS (Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul) e suas conseqüências em âmbito regional e global.
Anomalia Magnética do Atlântico Sul – AMAS
O espelhamento de correntes elétricas ionosféricas, associadas à variações nos campos geomagnéticos causadas pelas partículas energizadas que penetram na atmosfera, podem criar correntes imagem na superfície da Terra. As influências magnéticas, e eletromagnéticas inserem elementos de baixíssima freqüência, em torno de 1 Hz ou menos, em sistemas de transmissão e geração de energia elétrica, linhas de transmissão de dados, telefonia, entre outros efeitos danosos ao funcionamento de equipamentos eletro-eletrônicos: ..."numa análise de defeitos em linhas de transmissão de energia elétrica de alta potência no Brasil, foi detectado que 96% dos casos avaliados estavam diretamente ligados às ocorrências da Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul" . A ocorrência do fenômeno geomagnético causa perturbaçõees elétricas em regiões contíguas à localidade da ocorrência primária. Os efeitos dos fenômenos de anomalias geomagnéticas são tão intensos que chegam a afetar satélites com órbitas a algumas centenas de quilômetros de altitude e com inclinações orbitais entre 35° e 60°. Nessas órbitas os artefatos passam periodicamente pela anomalia ficando expostos às fortes radiações ionizantes da região. A Estação Espacial Internacional, International Space Station, cuja órbita tem uma inclinação de 51.6°, necessitou de um revestimento especial para suportar as radiações. O Telescópio Espacial Hubble, não pode fazer observações enquanto está passando sobre a região quando ocorrem eventos a exemplo de explosões solares. A NASA, face aos defeitos que costumavam ocorrer em seus satélites quando passavam sobre a Região Sul do Brasil, principalmente, resolveu alterar suas rotas.
É considerada, nestes casos a irradiação solar a energia emitida pelo Sol, em especial a eletromagnética nos mais diversos comprimentos de ondas. Parte da radiação prejudicial está na alta freqüência do espectro eletromagnético e a outra parte está próxima à radiação luminosa do infravermelho até o ultravioleta. Grande parte destas radiações não chegam ao solo devidas inúmeras regiões, ou camadas ionosféricas que as bloqueiam ou absorvem.
Observação do Sol em 10,7 cm
O fluxo solar em 10,7 cm é a medida da radiação térmica do sol, que contribui no processo de ionização. É medido em muitos quadrantes da terra. No observatório localizado em Penticton , Columbia Britânica é usada uma antena direcional apontada para o sol, conectada a um receptor sintonizado em 2,8 GHz, ou 10,7 cm, que após a observação por um ano, nos dará a média de manchas solares, que é chamada de número plano de spots , SSN . Quanto mais alto o número plano, melhores condições de propagação. Este número é conhecido como SFI ( Solar Flux Index ) seu aumento é benéfico para a propagação de ondas de rádio no planeta. Na região de Paula Freitas, é importante tal parâmetro, pois não somente a quantidade de energia calorífica pode ser determinada, mas também as energias de partículas que seguramente atravessam o Cinturão de Van Allen e atingem a região. As radiações eletromagnéticas que se propagam no plasma presente na alta atmosfera, ora refletem, ora refratam no meio onde se propagam. Logo oscilam conforme as variações das condições de densidade iônica na região da AMAS.
Na ionosfera, a propagação de RF, é sobretudo influenciada pela densidade eletro-iônica, a densidade de elétrons livres é proporcional à densidade iônica (ânions, cátions), assim, quanto mais elétrons livres, mais íons. Appleton denominou as regiões iônicas com diferentes quantidades de elétrons livres e íons por camadas, estas são:: D , E, E Esporádica, F1, F2, sobre a região Norte do Brasil também existe em algumas épocas a camada F3.
As radiações ultravioletas e os Raios-X em comprimentos de onda mais curtos são responsáveis pela ionização na região. A atividade solar associada ao ciclo das manchas solares é forte interferente das condições iônicas da alta atmosfera. Na região da AMAS, as perturbações causadas pelas chamas solares, variam conforme as partículas e energia emanadas chegam à Terra. Na camada iônica mais próxima ao solo, a ''região D'', os átomos geram no processo de ionização, fótons nos mais diversos comprimentos de onda, assim, a atenuação das ondas de rádio é causada pela alta densidade de elétrons-livres gerada pela radiação solar, que é pronunciada durante o dia. Fazendo um levantamento do ruído de fundo, é possível medir as variações iônicas na região da Anomalia do Atlântico Sul de forma indireta. As radiações alfa-Lyman (Alpha-Lyman series-alpha hydrogen radiation), em 121.5 nanômetros (nm) ionizam o óxido nítrico que emite um elétron. O Sol, no ciclo ativo, (com mais de 50 manchas), emite mais Raios-X ''duros'', (comprimento de onda < 1 nm), estes ionizam o gases N2, O2 e forte ionização começa logo ao nascer do Sol. Ao se ''escutar'' RF extra-longas, é percebido o aumento do ruído de fundo gerado pela ionização. Para tal, o lugar de escuta deve ser sem poluição eletromagnética ocasionada pela rede elétrica local e outros fatores geradores de interferências de baixa freqüência. Quando anoitece, ocorre a recombinação, e o chiado de fundo se altera. A camada D é a principal responsável pela absorção da RF, a ionização nas suas regiões inferior e superior, são maiores durante o dia do que à noite. Durante a noite, a densidade eletrônica é inferior, estando relacionada à incidência de raios cósmicos. Existe uma ionização adicional na região, provavelmente produzida nas altas latitudes pelas partículas aprisionadas que chegam dirigidas ao longo das linhas de força do campo geomagnético.
Uma vez que a propagação de RF é influenciada pela densidade eletrônica e iônica, as influências das radiações alpha Lyman e radiações eletromagnéticas em freqüências muito baixas, são facilmente mensujráveis e o ruído gerado é captado. Ao se detectar os ruídos de fundo provenientes da alta atmosfera, é possível mapeá-los através de gráficos gerados a partir do seu registro.
As condições especiais da região de Paula Freitas ainda estão em estudo. Não se sabe por exemplo, qual é a influência da AMAS sobre as condições de propagação, sobretudo nos momentos em que ocorrem fortes precipitações de partículas provindas do Sol.
Sabe-se que as influências da AMAS chegam aos Cinturões de Radiação de Van Allen, fazendo-os se aproximar mais do solo na região do seu epicentro. Também possível reproduzí-los artificialmente através de explosões nucleares na alta atmosfera ou em laboratório. Existe uma dependência previsível quanto à densidade eletron-iônica em relação às mudanças da radiação solar que acompanham sas flutuações em longo prazo, sendo dependentes do estado solar momentâneo, além de outros efeitos desconhecidos. Ao variar a irradiação solar, variam também as condições ionosféricas, e, proporcionalmente variará a absorção na camada D. Isso influi na absorção da radiofreqüência na atmosfera nos mais diversos comprimentos de ondas, o que poderá interferir nas comunicações de rádio entre aeronaves e o solo, por exemplo. Devidos fenômenos de absorção, dutificação (Canalização), entre outros efeitos nas camadas, a propagação das ondas de SHF, que é a freqüência usual de muitos sistemas de radar, também é afetada.
Os chamados Solar Flares, ( dilatações solares ) e Solar Holes ( buracos solares ), emitem alta energia de prótons e raios X, causando aumento significativo na velocidade do vento solar. Os prótons podem causar a coroa polar e absorção de ondas de rádio em altas latitudes. Os raios-x podem causar black-out nas comunicações, inclusive via satélite e alterações no nível de ruído térmico em altas freqüências no lado diurno da Terra pelo aumento da absorção na região D.
A propagação é um modo de transmissão da energia, esta pode ser luminosa, sonora ou propagação térmica através dos meios líquido, sólido, gasoso, vácuo ou plasma. que pode ser de alguns hertz até muitos GHz, ou de alguns quilômetros até cerca de comprimentos de onda milimétricos, a propagação via Ionosfera, está intimamente ligada ao número de manchas solares, conforme já comentado anteriormente, as manchas, ao seu redor emitem grandes quantidades de radiação, ou ultravioleta extrema e Raios X. O aumento da atividade solar, está intimamente ligado à melhora da propagação. Nas épocas de maior atividade solar, são emitidas maiores quantidades de partículas, que saturam a ionosfera terrestre ionicamente. A camada D, devidas suas características, é importante para o estudo de propagação e do ruído atmosférico natural. Na faixa alguns quilohertz, é possível verificar as flutuações das condições iônicas e mensurar as emissões de raios-X , das radiações denominadas Lyman alfa. Os modelos e tabulações de dados, fornecem não só a composição físico-química na região da AMAS, mas também dados sobre os distúrbios geomagnéticos, as ocorrências das auroras polares, “fade-out’s” nas propagações de ondas curtas em freqüências maiores.
As perturbações geradas pela atividade solar, podem ser facilmente detectadas pela rádio observação no espectro de VLF, e esta é de fundamental importância para o desenvolvimento de instrumentos e dispositivos de física e radioastronomia. A observação em baixa freqüência propicia o desenvolvimento de técnicas e ferramentas que possibilitam a detecção, inclusive dos chamados “flares” solares, por via indireta a partir dos ruídos gerados na ionosfera que indicam a chegada de Massa Coronal Ejetada, de radiações Alfa Lyman, radiações ultra-violeta, entre outras quando das gandes explosões solares.
A Ionosfera é uma região eletrizada da atmosfera da Terra e está situada em altidutes de aproximadamente 50 Km, consiste de íons e de elétrons livres produzidos pelas influências ionizantes da radiação solar e de partículas cósmicas e solares energéticas incidentes. A região está sujeita a acentuadas variações geográficas e temporais. Exerce um profundo efeito sobre as características das ondas de rádio propagadas dentro, ou através de si. Os íons, plasma ionosférico, etc, propiciam o fenômeno da reflexão, refração entre outros efeitos nas ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz em condições normais. A reflexão ionosférica, espalhamento e canalização tem ocorrido até freqüências acima de 50 Mhz, mas estatisticamente o tempo de ''propagação aberta'' nas bandas altas se torna muito susceptível à variações ambientais. Na prática, sua utilização se dá no máximo até 30 MHz. Os campos magnéticos do Sol e da Terra interferem-se, as observações solares necessitam a monitoração do fluxo solar na faixa de 10,7 cm, ou seja , o índice Boulder A e o índice Boulder K . Checar estas condições e compará-las em sites da Internet em tempo real, fornecem importantes dados sobre as condições de irradiação. A atividade geomagnética, tempestades solares, raios – X , Flares ( dilatações solares ) etc, causam reações na propagação, alterando a MUF, que pode indicar por comparação se o índice A demonstra estabilidade geomagnética. Magnetômetros geram o número chamado Índice Planetário K, que pode ser comparado em sites da internet também, que dispõem da leitura direta através de satélites. Qualquer alteração no índice K é significativa quando abaixo de 3, geralmente indica na média, condições boas e estáveis . Qualquer número acima de 3 indica absorção nas ondas de rádio nas camadas altas (F1 e F2). A cada ponto, refletem-se mudanças nas condições geomagnéticas, assim, por comparação, mudanças nas MUF's podem gerar um índice reverso que pode ser comparado ao índice K. Geralmente as medidas mais elevadas do índice K, são encontradas nas altas latitudes, em especial no Hemisfério Norte, onde é efetuado este estudo intensivamente. Quando os índices A e K são altos, isto indica efeitos de instabilidade geomagnética que tendem a ser mais concentradas nas regiões polares. Pela leitura de ruídos oriundos da região D, se pode detectar os chamados “Sudden Enhancements of Atmospherics”, SEA, estes são resultados das perturbações ionosféricas correlacionadas com erupções cromosféricas solares que ejetam massa coronal que atinge a magnetosfera da Terra.
Uma boa parte da massa coronal ejetada altera as condições de ionização, estas são detectáveis na faixa de freqüência VLF em 20 kHz. A denominação SEA é oriunda dos registros de nível de sinal/ruído atmosférico que ao ser atingida a camada D, tem uma súbita elevação para em seguida haver um decréscimo lento e gradual. Quando se tem uma estação transmissora em VLF, no momento da ocorrência de um SEA, também se verifica na estação receptora que os sinais emitidos têm o incremento abrupto, para logo após haver uma redução da recepção que retorna aos níveis anteriores, a este efeito se denomina SES, que significa "Sudden Enhancement of Signals".
Friedman investigou a emissão de Raios-X solares, e demonstrou que a emissão pelos centros de atividade solares é cerca de 70 vezes maior que nas regiões não perturbadas, assim foi estudado que as emanações de raios-X são as responsáveis por uma boa parte da ionização da “Camada D”. Ou, quando ocorre um “flare” solar, no momento em que a radiação ionizante atingir a Terra, ocorrerá um acréscimo no valor do coeficiente de reflexão da região “D”, assim, haverá um aumento do ruído e dos sinais daquela camada captados por receptores sintonizados na faixa de 20 KHz ou abaixo. Também, no momento em que cessa o fluxo dos raios-X ocorrerá um declínio exponencial do nível do sinal/ruído recebido. Isso acontece devida recombinação do excesso dos íons formados durante o fenômeno.
Os raios cósmicos são partículas extremamente penetrantes que têm velocidades de deslocamentos muito próximas à luz .Ao penetrar na atmosfera, colidem com núcleos de átomos dos gases presentes e ocorre o que se chama de “chuva” de partículas de menor energia, são os “raios cósmicos secundários”. Inicialmente pensava-se que fótons de alta energia eram os raios cósmicos, mas descobriu-se que são distintos: os raios primários e os cósmicos secundários. Os raios cósmicos de origem solar são de energia relativamente baixa. Tem uma variação de intensidade e espectro que acompanham os eventos solares, seu aumento provoca diminuições nos raios cósmicos provindos do espaço, o vento solar com seu campo magnético, e interação desvia-os de suas trajetórias.
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