As intrincadas formas como o vapor de água, os cristais de gelo e outros aerossóis se combinam na atmosfera da Terra podem alterar dramaticamente o brilho geral do planeta, criando uma assinatura única que pode ser detectada do espaço. Conhecido como impressão digital das emissões planetárias, este sinal pode não só ajudar os cientistas do clima a observar melhor os efeitos do aquecimento global, mas também poderá um dia ser usado para avaliar a habitabilidade de exoplanetas distantes. Compreender as suas características é um desafio, no entanto, porque as emissões planetárias são determinadas não apenas pela quantidade total de vapor de água, aerossóis e gelo na cena – conhecidos colectivamente como humidade relativa – mas também pela estrutura vertical da atmosfera, que até agora tem sido difícil de medir.

Agora, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Leicester, no Reino Unido, e envolvendo participantes do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE), identificou uma maneira de inferir detalhes da composição vertical da atmosfera da Terra a partir de observações passivas. Seu método envolve fazer medições de vários comprimentos de onda e combina observações terrestres com dados de satélites da NASA, como o Atmospheric Infrared Sounder (AIRS). A equipe, incluindo Hang Sun, cientista atmosférico de Brookhaven, relata suas descobertas na revista Geophysical Research Letters.

"É bem sabido que as nuvens e os aerossóis têm um impacto na temperatura de brilho da atmosfera. Mas para compreender o clima - seja nos dias de hoje ou nos exoplanetas - também precisamos de compreender a distribuição vertical dos aerossóis e do vapor de água," disse Stephen. English, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, principal autor do estudo. "Até agora, tivemos apenas alguns instantâneos de sensores ativos a bordo de satélites que podem fornecer essa informação. As medições passivas cobrem o globo inteiro com muito mais detalhes, mas perdem a estrutura vertical."

Esta equipe encontrou uma solução alternativa inteligente que se baseia em trabalhos teóricos anteriores conduzidos pelo coautor Paul O. Wennberg, também da Universidade de Leicester. Quando as condições atmosféricas são adequadas – quente e húmida, mas com uma superfície fria – a radiação infravermelha emitida pela superfície do planeta é quase completamente absorvida pelas camadas baixas da atmosfera. À medida que a radiação aumenta, grande parte dela é liberada e parte dela chega ao espaço. A radiação restante é a parte que os instrumentos instalados nos satélites detectam passivamente, e sua assinatura espectral pode ser sutilmente alterada pela estrutura vertical da atmosfera.

“Essas condições muito quentes e úmidas acontecem em regiões tropicais onde há muita convecção profunda”, disse Sun. “Essas plumas de convecção são altamente eficientes no umedecimento e no resfriamento da alta troposfera, e isso altera a estrutura vertical da atmosfera”.

A equipa utilizou dois comprimentos de onda – um altamente sensível ao vapor de água e outro ao impacto combinado do vapor de água e dos aerossóis – para identificar as condições onde poderiam observar melhor a estrutura vertical da atmosfera da Terra a partir do espaço. Eles descobriram que regiões dominadas por convecção profunda podem ser usadas como “janelas” para sondar as regiões mais altas da atmosfera. Eles também podem fornecer informações sobre a parte inferior da atmosfera ao mesmo tempo, ajudando a distinguir entre vapor d'água, nuvens e aerossóis.

"Com este método, podemos recuperar perfis verticais tanto na alta troposfera/baixa estratosfera quanto na baixa troposfera para condições específicas", disse Sun. "Esta pode ser uma informação valiosa para modelos climáticos e do sistema terrestre."

A equipe espera que seu método possa ser aplicado a observações feitas por satélites em órbita polar atuais e futuros para inferir a estrutura vertical da atmosfera da Terra sob condições quentes e úmidas em todo o globo. À medida que a tecnologia continua a melhorar, este método poderá ser aplicado para detectar potenciais sinais de habitabilidade em exoplanetas distantes.