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    Dia à noite e vice-versa:ionosfera terrestre durante o eclipse solar total
    p Durante o eclipse solar total, a Lua desligará a fonte de radiação ultravioleta extrema da ionosfera:A ionosfera passará das condições diurnas para as noturnas. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA / Katy Mersmann

    p Em 21 de agosto, 2017, a Lua vai deslizar na frente do Sol e por um breve momento, o dia se transformará em uma noite escura. Movendo-se pelo país, a sombra da Lua irá bloquear a luz do Sol, e se o tempo permitir, aqueles dentro do caminho da totalidade terão uma visão da atmosfera externa do Sol, chamada de corona. p Mas o eclipse solar total também terá efeitos imperceptíveis, como a perda repentina de radiação ultravioleta extrema do Sol, que gera a camada ionizada da atmosfera da Terra, chamada de ionosfera. Esta região em constante mudança cresce e encolhe com base nas condições solares, e é o foco de várias equipes científicas financiadas pela NASA que usarão o eclipse como um experimento pronto, cortesia da natureza.

    p A NASA está aproveitando o eclipse de 21 de agosto ao financiar 11 investigações científicas baseadas em solo nos Estados Unidos. Três deles olharão para a ionosfera a fim de melhorar nossa compreensão da relação do Sol com esta região, onde os satélites orbitam e os sinais de rádio são refletidos de volta para a Terra.

    p "O eclipse desliga a fonte de radiação de alta energia da ionosfera, "disse Bob Marshall, cientista espacial da University of Colorado Boulder e principal investigador de um dos estudos. “Sem radiação ionizante, a ionosfera vai relaxar, indo das condições diurnas para as noturnas e, em seguida, de volta após o eclipse. "

    p Estendendo-se de cerca de 50 a 400 milhas acima da superfície da Terra, a tênue ionosfera é uma camada eletrificada da atmosfera que reage às mudanças da Terra abaixo e do espaço acima. Essas mudanças na baixa atmosfera ou no clima espacial podem se manifestar como interrupções na ionosfera que podem interferir nos sinais de comunicação e navegação.

    p "Em nossa vida, este é o melhor eclipse para ver, "disse Greg Earle, um engenheiro elétrico e de computação na Virginia Tech em Blacksburg, Virgínia, que está liderando outro dos estudos. "Mas também temos uma rede mais densa de satélites, Tráfego GPS e rádio do que nunca. É a primeira vez que teremos tantas informações para estudar os efeitos desse eclipse; estaremos nos afogando em dados. "

    p A sombra da Lua afetará dramaticamente a insolação - a quantidade de luz solar que atinge o solo - durante o eclipse solar total. Crédito:Estúdio de Visualização Científica da NASA

    p Determinar a dinâmica ionosférica pode ser complicado. "Comparado com a luz visível, a saída ultravioleta extrema do Sol é altamente variável, "disse Phil Erickson, investigador principal de um terceiro estudo e cientista espacial do Observatório Haystack do Massachusetts Institute of Technology em Westford, Massachusetts. "Isso cria variabilidade no clima ionosférico. Como nosso planeta tem um forte campo magnético, partículas carregadas também são afetadas ao longo das linhas do campo magnético em todo o planeta - tudo isso significa que a ionosfera é complicada. "

    p Mas quando a totalidade chegar em 21 de agosto, os cientistas saberão exatamente quanta radiação solar é bloqueada, a área de terra está bloqueada e por quanto tempo. Combinado com medições da ionosfera durante o eclipse, eles terão informações sobre a entrada solar e a resposta da ionosfera correspondente, permitindo-lhes estudar os mecanismos subjacentes às mudanças ionosféricas melhor do que nunca.

    p Amarrar os três estudos é o uso de comunicação automatizada ou sinais de navegação para sondar o comportamento da ionosfera durante o eclipse. Durante os ciclos típicos de dia e noite, a concentração de partículas atmosféricas carregadas, ou plasma, aumenta e diminui com o sol.

    p "Durante o dia, plasma ionosférico é denso, "Earle disse." Quando o Sol se põe, a produção vai embora, as partículas carregadas se recombinam gradualmente ao longo da noite e a densidade diminui. Durante o eclipse, estamos esperando esse processo em um intervalo muito mais curto. "

    p Quanto mais denso o plasma, é mais provável que esses sinais colidam com partículas carregadas ao longo do caminho do transmissor ao receptor. Essas interações refratam, ou dobrar, o caminho percorrido pelos sinais. Na noite artificial induzida por eclipse, os cientistas esperam sinais mais fortes, já que a atmosfera e a ionosfera vão absorver menos da energia transmitida.

    p "Se configurarmos um receptor em algum lugar, medições nesse local fornecem informações sobre a parte da ionosfera entre o transmissor e o receptor, "Disse Marshall." Usamos os receptores para monitorar a fase e a amplitude do sinal. Quando o sinal oscila para cima e para baixo, que é inteiramente produzido por mudanças na ionosfera. "

    p Uma camada de partículas carregadas, chamada ionosfera, rodeia a Terra, estendendo-se de cerca de 50 a 400 milhas acima da superfície do planeta. Crédito:Goddard Space Flight Center / Duberstein da NASA

    p Usando uma gama de diferentes sinais eletromagnéticos, cada uma das equipes enviará sinais de um lado para outro no caminho da totalidade. Ao monitorar como seus sinais se propagam do transmissor para o receptor, eles podem mapear mudanças na densidade ionosférica. As equipes também usarão essas técnicas para coletar dados antes e depois do eclipse, para que eles possam comparar a resposta do eclipse bem definida ao comportamento de linha de base da região, permitindo-lhes discernir os efeitos relacionados ao eclipse.

    p Sondando a Ionosfera

    p A ionosfera é aproximadamente dividida em três regiões de altitude com base no comprimento de onda da radiação solar é absorvida:o D, E e F, com D sendo a região mais inferior e F, o superior. Em combinação, as três equipes experimentais estudarão toda a ionosfera.

    p Marshall e sua equipe, da University of Colorado Boulder, vai sondar a resposta da região D ao eclipse com frequência muito baixa, ou VLF, sinais de rádio. Esta é a parte mais baixa e menos densa da ionosfera - e por causa disso, o menos compreendido.

    p “Só porque a densidade é baixa, não significa que não seja importante, "Disse Marshall." A região D tem implicações para os sistemas de comunicação usados ​​ativamente por muitos militares, operações navais e de engenharia. "

    p A equipe de Marshall aproveitará a vantagem da rede existente de poderosos transmissores VLF da Marinha dos EUA para examinar a resposta da região D às mudanças na produção solar. Transmissões de ondas de rádio enviadas de Lamoure, Dakota do Norte, serão monitorados em estações de recepção em todo o caminho do eclipse em Boulder, Colorado, e Bear Lake, Utah. Eles planejam combinar seus dados com observações de várias missões baseadas no espaço, incluindo o Satélite Ambiental Operacional Geoestacionário da NOAA, Solar Dynamics Observatory da NASA e Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager da NASA, para caracterizar o efeito da radiação do Sol nesta região particular da ionosfera.

    p Durante os ciclos típicos de dia e noite, a ionosfera - mostrada em roxo e fora da escala nesta imagem - aumenta e diminui com o sol. O eclipse solar total cortará a fonte de radiação ionizante desta região. Crédito:Goddard Space Flight Center / Duberstein da NASA

    p Erickson e a equipe vão olhar mais adiante, às regiões E e F da ionosfera. Usando mais de 6, 000 sensores GPS baseados em terra ao lado de sistemas de radar poderosos no Observatório Haystack do MIT e no Observatório Arecibo em Porto Rico, junto com dados de várias missões baseadas no espaço da NASA, a equipe baseada no MIT também trabalhará com cientistas de rádio cidadãos que enviarão sinais de rádio para frente e para trás por longas distâncias ao longo do caminho.

    p A equipe científica do MIT usará seus dados para rastrear distúrbios ionosféricos em viagem - que às vezes são responsáveis ​​por padrões de clima espacial na atmosfera superior - e seus efeitos em grande escala. Esses distúrbios na ionosfera estão frequentemente ligados a um fenômeno conhecido como ondas de gravidade atmosféricas, que também pode ser desencadeada por eclipses.

    p "Podemos até ver efeitos em escala global, "Disse Erickson." O campo magnético da Terra é como um fio que conecta dois hemisférios diferentes. Sempre que variações elétricas acontecem em um hemisfério, eles aparecem no outro. "

    p Earle e sua equipe baseada na Virginia Tech irão se posicionar em todo o país em Bend, Oregon; Holton, Kansas; e a Base da Força Aérea Shaw em Sumter, Carolina do Sul. Usando instrumentos transceptores de última geração chamados ionossondas, eles vão medir a altura e densidade da ionosfera, e combinar suas medições com dados de uma rede GPS nacional e sinais da Rede Reverse Beacon de rádio amador. A equipe também utilizará dados de radares de alta frequência SuperDARN, dois dos quais ficam ao longo do caminho do eclipse no Vale do Natal, Oregon, e Hays, Kansas.

    p "Estamos olhando para o lado inferior da região F, e como isso muda durante o eclipse, "Earle disse." Esta é a parte da ionosfera onde as mudanças na propagação do sinal são fortes. "Seu trabalho pode um dia ajudar a mitigar distúrbios na propagação do sinal de rádio, que pode afetar as transmissões AM, rádio amador e sinais de GPS.

    p Em última análise, os cientistas planejam usar seus dados para melhorar os modelos da dinâmica ionosférica. Com esses conjuntos de dados sem precedentes, eles esperam melhorar nossa compreensão desta região desconcertante.

    p "Outros estudaram eclipses ao longo dos anos, mas com mais instrumentação, continuamos melhorando nossa capacidade de medir a ionosfera, "Erickson disse." Geralmente revela perguntas que nunca pensamos em fazer.


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