Tempestades na atmosfera superior da Terra continuam sendo um mistério. Os cientistas não podem alcançá-los diretamente com instrumentos; eles são altos demais para balões e baixos demais para satélites meteorológicos. Voar através de tempestades ou acampar no topo de montanhas, à espera de uma, normalmente fica abaixo da lista de aventureiros.
Uma investigação a bordo da Estação Espacial Internacional chegou ao resgate. O Monitor de Interações Atmosfera-Espaço (ESIM) da Agência Espacial Européia (ASA) é uma coleção de câmeras ópticas, fotômetros e um grande detector de raios X e gama montado na parte externa do Módulo Columbus da ESA na estação. Por pelo menos dois anos, ele observará descargas elétricas geradas por tempestades na atmosfera superior – a estratosfera e a mesosfera – até a ionosfera, a borda do espaço. Esta instalação de observação da Terra permite o estudo de tempestades severas e seu papel na atmosfera e no clima da Terra.
Os raios atmosféricos superiores, conhecidos como eventos luminosos transitórios, incluem fenômenos coloridos com nomes diretamente de um conto de fadas: sprites, elfos e gigantes.
A estação espacial oferece a esta investigação uma plataforma de observação ideal por várias razões. Sua órbita baixa da Terra aproxima as observações o mais possível desses fenômenos da atmosfera superior. A órbita da estação também oferece cobertura quase completa das regiões tropicais e subtropicais, muitas das quais são difíceis de acessar, mas são onde algumas das tempestades mais intensas se formam. Finalmente, as observações são feitas em bandas ópticas sujeitas a absorção na atmosfera e, portanto, não podem ser usadas para observações no solo.
Sprites são flashes causados ??por falha elétrica na mesosfera. Os jatos azuis são descargas elétricas que atingem a estratosfera e os elfos são anéis concêntricos de emissões causadas por um pulso eletromagnético na borda inferior da ionosfera. Gigantes são grandes descargas que criam um colapso elétrico da atmosfera, desde o topo das tempestades até a ionosfera inferior. Flashes de raios gama terrestres são um fenômeno de flash gerado no topo de tempestades. As evidências sugerem que a descarga de elétrons em fuga causa alguns desses fenômenos.
Na década de 1920, o cientista inglês C.T.R. Wilson recebeu um Prêmio Nobel por trabalhar com uma câmara de nuvens que tornou visível a radiação ionizante dos raios cósmicos e raios-X. Ele previu que descargas elétricas podem ocorrer acima das tempestades na mesosfera e que os campos elétricos das tempestades podem acelerar os elétrons para as energias relativísticas. Os instrumentos não foram sensíveis o suficiente para fornecer uma resposta definitiva até 1993, no entanto, quando flashes de raios-X sobre trovoadas foram observados no Observatório Compton Gamma Ray da NASA.
Em 1990, a primeira observação de um sprite foi documentada e, desde então, observações no solo e em aeronaves descobriram uma grande quantidade de descargas acima de tempestades, e naves espaciais em baixa órbita observaram radiação de raios X e gama.
O ASIM representa uma pesquisa global abrangente desses eventos de altíssima altitude e difíceis de observar do solo para ajudar a determinar sua física e como eles se relacionam com os raios. A investigação também estuda a formação de nuvens de alta altitude e determina quais características tornam as tempestades eficazes para perturbar a atmosfera de alta altitude. A pesquisa melhora a compreensão do efeito das tempestades na atmosfera da Terra e contribui para melhores modelos atmosféricos e previsões meteorológicas e climatológicas.
“A observação em grandes altitudes nos permite estudar esses eventos sem as nuvens que obscurecem”, disse o investigador principal Torsten Neubert, do Instituto Espacial Nacional da Universidade Técnica da Dinamarca. “Com o ASIM, entenderemos melhor os processos complexos dos raios atmosféricos superiores, que também são elementos dos raios comuns, apesar de assumirem formas diferentes. Esse entendimento pode melhorar a tecnologia para detectar raios comuns”.
A investigação também ajuda a esclarecer o efeito das tempestades na atmosfera, ionosfera e cinturões de radiação, e monitorará o influxo de meteoros no ambiente da Terra e seus efeitos na atmosfera. Os jatos azuis no topo das nuvens de trovoada, por exemplo, alteram a concentração de gases de efeito estufa, de outra maneira que as trovoadas podem afetar a estratosfera.
Os tipos de descargas e sua estrutura ajudam os cientistas a entender melhor a estrutura da atmosfera em que ocorrem e a bateria de trovoadas que as alimenta.
“Vamos aprender mais sobre nuvens de trovoada e mais sobre a estrutura fina da estratosfera e da mesosfera, da qual pouco se sabe”, disse Neubert. Com base no vídeo tirado pelo astronauta da ESA Andreas Mogensen da estação espacial em 2015, os cientistas já aprenderam mais sobre que tipos de nuvens criam essa atividade, e que os raios vêm das nuvens a uma altitude de cerca de 17 km. “Estes são resultados científicos sólidos que documentam pela primeira vez o quão ativo o topo das nuvens de trovoada pode ser”, acrescentou.
As observações da ASIM também melhoram a compreensão do efeito de tempestades de poeira, poluentes urbanos, incêndios florestais e vulcões na formação e eletrificação de nuvens, e a relação da atividade de raios nas paredes dos olhos com a intensificação de tempestades. Isso poderia ajudar a todos nós a viver mais felizes para sempre.
Publicado em 12/12/2019
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