A partir da esquerda:Isaac Wright BS'22, Dr. Fabiano Rodrigues e Josemaría Gómez Sócola estão estudando a atmosfera superior da Terra com monitores de cintilação ionosférica, ou sensores ScintPi. No dia 8 de abril, os pesquisadores usarão os sensores para aprender mais sobre os efeitos dos eclipses na ionosfera. Crédito:Universidade do Texas em Dallas Sensores pequenos e de baixo custo desenvolvidos por cientistas espaciais da Universidade do Texas em Dallas para estudar a atmosfera superior da Terra forneceram recentemente - e inesperadamente - informações sobre o Sol, algo para o qual os dispositivos não foram concebidos.
Os dispositivos, chamados monitores de cintilação ionosférica, ou sensores ScintPi, estarão novamente em destaque enquanto os pesquisadores da UT Dallas os implantam para coletar dados durante o eclipse solar total de 8 de abril e disponibilizá-los para projetos de ciência cidadã.
“Os sensores ScintPi recebem sinais de rádio de satélites, semelhantes aos receptores GPS dos celulares”, disse o Dr. Fabiano Rodrigues, professor associado de física e Fellow, Eugene McDermott Distinguished Professor na Escola de Ciências Naturais e Matemática da UT Dallas.
"Eles podem ser facilmente implantados e mantidos e custam cerca de US$ 600 para serem construídos, o que é muito menos do que as versões comerciais que custam entre US$ 10.000 e US$ 15.000."
Embora os sensores ScintPi não se destinem a substituir totalmente os monitores comerciais, eles podem ser usados em muitas aplicações educacionais e científicas, disse Rodrigues.
Os sinais de rádio trocados entre os dispositivos terrestres e os satélites viajam através de uma região da atmosfera terrestre chamada ionosfera. A radiação solar cria a ionosfera ao retirar elétrons dos átomos atmosféricos, o que resulta em uma camada de partículas carregadas, ou íons, ao redor da Terra.
Perturbações e turbulências na ionosfera podem afetar as comunicações de rádio e a qualidade dos sinais de rádio GPS. Uma melhor compreensão da dinâmica da região e dos factores que a afectam ajuda os cientistas a desenvolver modelos para prever a variabilidade com mais precisão.
“No lado diurno da Terra, quando há mais radiação solar, há mais ionosfera – uma maior densidade de elétrons. À noite, a densidade dos elétrons diminui e há menos ionosfera”, disse Rodrigues, que usa um variedade de equipamentos terrestres para estudar a ionosfera.
Como parte de seus estudos de pós-graduação, Josemaría Gómez Sócola, estudante de doutorado em engenharia elétrica na Escola de Engenharia e Ciência da Computação Erik Jonsson, desenvolveu os sensores ScintPi para que cientistas e cientistas cidadãos de todo o mundo pudessem coletar dados sobre a densidade de íons. O tempo que os sinais de rádio levam para viajar de e para os satélites é usado para determinar a densidade de íons na região acima da localização de um sensor. A pesquisa foi publicada no Journal of Space Weather and Space Climate .
Os sensores foram implantados em 23 locais em todo o Hemisfério Ocidental, incluindo Brasil, Honduras, Peru, Porto Rico, Costa Rica, 12 estados dos EUA e Islândia, para que os cientistas possam estudar a ionosfera em latitudes baixas, médias e altas.
Ciência solar
Isaac Wright BS, estudante de doutorado em física, analisou dados dos sensores coletados em 2022 e notou algo incomum em 28 de agosto de 2022. Os dados mostraram uma breve degradação dos sinais de rádio, mas a causa não foi um distúrbio na ionosfera.
Josemaría Gómez Sócola exibe um sensor ScintPi e sua antena. Os sensores foram implantados em 23 locais em todo o Hemisfério Ocidental para que os cientistas possam estudar a ionosfera em latitudes baixas, médias e altas. Crédito:Universidade do Texas em Dallas
Os pesquisadores determinaram que o sinal foi afetado pelo ruído resultante de um breve aumento no nível dos sinais de rádio de uma determinada frequência emanados do sol. A explosão de rádio solar (SRB) durou cerca de 30 minutos.
“Isso não era o que estávamos procurando”, disse Wright. "Nossos sensores são projetados para estudar a ionosfera, não eventos solares; no entanto, detectamos uma explosão solar de rádio, o que mostra que sensores de baixo custo como o nosso poderiam ser usados para estudos além da ionosfera. Mostramos que podemos quantificar o quanto as explosões de rádio solar e as perturbações ionosféricas afetam sinais como o GPS."
Apenas algumas rajadas de rádio solar foram relatadas na banda de frequência usada pelo GPS.
“Este evento foi interessante porque foi detectado na frequência utilizada pela nossa rede de receptores GPS”, disse Rodrigues. "E pode ter passado despercebido - um dos principais radiotelescópios terrestres que detecta e relata SRBs não estava operacional neste dia."
Experimento de eclipse solar
"Nossa configuração experimental para o eclipse solar total de 8 de abril tem dois objetivos:aumentar a alfabetização sobre a ionosfera da Terra e criar novos conjuntos de dados que quantificam os efeitos dos eclipses na ionosfera", disse Rodrigues, que dirige o Laboratório de Sensoriamento Remoto da Atmosfera Superior em o Centro William B. Hanson de Ciências Espaciais.
Sensores ao longo do caminho do eclipse coletarão dados de locais que sofrerão um eclipse parcial em New Hampshire, Pensilvânia e Illinois, bem como em UT Dallas, que está no caminho da totalidade.
Os dados do sensor UTD são exibidos em um site que captura e traça a concentração de elétrons na ionosfera ao longo de 48 horas. Rodrigues planeja projetar o layout dos elétrons quase em tempo real em uma grande tela no campus para mostrar aos espectadores as mudanças na ionosfera durante o eclipse solar total.
Durante o eclipse solar anular de 14 de outubro de 2023, que ocorreu por volta do meio-dia em grande parte do Texas, os sensores ScintPi mediram a queda na concentração de elétrons na ionosfera à medida que a radiação do sol era parcialmente bloqueada pela lua e a fotoionização diminuía. Após o eclipse, ele voltou a subir quando a radiação solar voltou ao normal.
“Durante o eclipse solar total, esperamos que haja uma queda ainda maior na concentração ionosférica perto de Dallas porque estamos no caminho da totalidade e a Terra receberá muito menos radiação do sol”, disse Rodrigues.
"Temos modelos da ionosfera, mas queremos saber até que ponto estes modelos correspondem às nossas observações. A investigação que estamos a fazer na UT Dallas e as medições que fazemos podem ajudar a verificar e refinar esses modelos."
