ÂNGELO ANTÔNIO LEITHOLD

TERMOSFERA E IONOSFERA, EVENTOS DE 2008 E 2009

CURITIBA, 2010

RESUMO

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.

1. O mínimo solar e a dinâmica da Termosfera

Atualmente, em 2010 o Sol está 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: A Físico-Química da Termosfera-Ionosfera (Fonte: NASA)

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, presume-se que a variação de propagação em HF

sofra fortes alterações devida a abrupta alteração tanto da densidade iônica da

região, quanto sua expansão, ou contração.

Num experimento realizado na faixa de 7,00 MHz em 08/11/2008,

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, e 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 atual ciclo solar, um importante evento está

acontecendo na Termosfera, ela está com uma contração muito além do

esperado, e isto tem acontecido gradualmente a cada mínimo solar. Segundo o

NOAA, esta é 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 numa mínima atividade atípica.

É sabido que a termosfera da Terra se esfria quando a atividade solar

diminui, mas no atual mínimo houve uma redução de magnitude entre duas a

três vezes menores que o esperado.

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 tem sido

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 não somente no atual ciclo, vem

acontecendo 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 as

reduções estão cerca de 28% abaixo das expectativas estabelecidas pelos

mínimos solares anteriores, Figura 2.

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

A técnica de verificação pela NASA 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 este a quantidade

de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, que aquece a sua base e esfria o

seu topo, a termosfera.

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.

Uma vez que o mínimo solar está chegando ao fim, a radiação EUV está

aumentando, e a termosfera está novamente se recompondo.[3]

2. Conclusão

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 determinadas 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 nos anos de 2008 e 2009, chegou-se à conclusão

de que não é somente a atividade solar que 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 na alta atmosfera que

está provavelmente aquecendo a sua base e resfriando o seu topo.

3. Bibliografia

[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-at-nasa/2010/15jul_thermosphere/ )

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