O celebrado Grande Eclipse Americano de agosto de 2017 cruzou os Estados Unidos continentais em 90 minutos, e a totalidade não durou mais do que alguns minutos em qualquer local. O evento está bem no espelho retrovisor agora, mas a investigação científica sobre os efeitos da sombra da lua na atmosfera da Terra ainda está sendo intensamente perseguida, e novas descobertas interessantes estão surgindo em um ritmo rápido. Estes incluem observações significativas por cientistas do Observatório Haystack do MIT em Westford, Massachusetts.

Eclipses não são particularmente raros, mas é incomum cruzar todo o território continental dos Estados Unidos, como aconteceu em agosto. Ao estudar os efeitos de um eclipse no conteúdo de elétrons da atmosfera superior, os cientistas estão aprendendo mais sobre como a atmosfera complexa e interligada de nosso planeta responde a eventos climáticos espaciais, como erupções solares e ejeções de massa coronal, que pode ter efeitos graves nas informações de sinal e caminhos de comunicação, e pode impactar os serviços de navegação e posicionamento.

A ionosfera é a camada da atmosfera que contém partículas carregadas criadas principalmente pela radiação solar. Ele permite a propagação de ondas de rádio de longa distância e a comunicação no horizonte e afeta as transmissões essenciais baseadas em satélite em sistemas de navegação e aeronaves a bordo. Uma vez que a ionosfera é o meio em que as ondas de rádio viajam e é afetada pelas variações solares, compreender suas características é importante para nossa sociedade tecnológica moderna. A ionosfera hospeda um grande número de ondas que ocorrem naturalmente, de pequeno a grande em tamanho e resistência, e as sombras do eclipse, em particular, podem deixar para trás um grande número de ondas recém-criadas à medida que viajam pelo planeta.

Um tipo dessas novas ondas, conhecidas como ondas do arco ionosférico, foi previsto por mais de 40 anos para existir na sequência de uma passagem de eclipse. Pesquisadores do Observatório de Haystack do MIT e da Universidade de Tromsø, na Noruega, confirmaram a existência de ondas de proa ionosféricas definitivamente pela primeira vez durante o evento de agosto de 2017. Uma equipe internacional liderada por cientistas do Haystack Observatory estudou dados de conteúdo de elétrons ionosféricos coletados por uma rede de mais de 2, 000 receptores GNSS (Global Navigation Satellite System) em todo o país. Com base neste trabalho, Shunrong Zhang do Haystack e colegas publicaram um artigo em dezembro na revista Cartas de pesquisa geofísica nos resultados que mostram as ondas de arco ionosféricas detectadas recentemente.

Cientistas de pesquisa geoespacial no Observatório Haystack foram capazes de observar o fenômeno da onda do eclipse em arco pela primeira vez na atmosfera com precisão e detalhes sem precedentes. graças à vasta rede de receptores GNSS extremamente sensíveis agora instalados nos EUA. As ondas de proa ionosféricas observadas são muito parecidas com as formadas por um navio; a sombra da lua viaja tão rapidamente que causa uma mudança repentina de temperatura à medida que a atmosfera é resfriada rapidamente e, em seguida, reaquecida quando o eclipse passa.

"A sombra do eclipse tem um movimento supersônico que [gera] ondas atmosféricas de arco, semelhante a um barco de rio em movimento rápido, com ondas começando na baixa atmosfera e se propagando para a ionosfera, "a descrição de Zhang e seus colegas afirma." A passagem do eclipse gerou ondas claras do arco ionosférico em distúrbios de conteúdo de elétrons que emanam da totalidade principalmente sobre o centro / leste dos Estados Unidos. O estudo das características das ondas revela interconexões complexas entre o sol, lua, e a atmosfera neutra e a ionosfera da Terra. "

Receptores GNSS coletam de forma muito precisa, dados de alta resolução sobre o conteúdo total de elétrons (TEC) da ionosfera. Os ricos detalhes fornecidos por esses dados informaram um estudo separado sobre os efeitos do eclipse na mesma edição de Cartas de pesquisa geofísica pela equipe de pesquisa Haystack e colegas internacionais. A diretora associada do Observatório Haystack e autora principal, Anthea Coster e seus co-autores descrevem o tamanho continental e o tempo de depleções de TEC disparadas por eclipse observadas nos EUA e o aumento da TEC nas Montanhas Rochosas observado, provavelmente relacionado à geração de ondas de montanha no baixa atmosfera durante o eclipse. O motivo desse efeito - que não foi previsto ou antecipado antes do eclipse - está sendo investigado pela comunidade científica do geoespacial.

"Desde os primeiros dias das comunicações de rádio, há mais de 100 anos, eclipses são conhecidos por terem efeitos grandes e às vezes inesperados na parte ionizada da atmosfera da Terra e os sinais que passam por ela, "diz Phil Erickson, assistente de direção em Haystack e líder do grupo de ciências atmosféricas e geoespaciais. "Esses novos resultados de estudos conduzidos por Haystack são um excelente exemplo de quanto ainda falta aprender sobre nossa atmosfera e suas complexas interações por meio da observação de uma das vistas mais espetaculares da natureza - um experimento celestial ativo gigante fornecido pelo sol e pela lua. poder dos métodos modernos de observação, incluindo sensores remotos de rádio distribuídos amplamente nos Estados Unidos, foi a chave para revelar esses recursos novos e fascinantes. "

Os estudos de eclipse do Haystack, incluindo as observações da onda de proa, chamou a atenção dos meios de comunicação científicos nacionais. Um dos leitores de Zhang, um aluno da oitava série de Minnesota, fez algumas perguntas interessantes:

P:Houve alguma evidência anterior de que as ondas estariam chegando durante o eclipse?

R:Houve estudos anteriores sobre as ondas com base na cobertura espacial muito limitada das observações. O Grande Eclipse Americano forneceu cobertura espacial sem precedentes para visualizar de forma inequívoca as estruturas completas das ondas.

P:Essas ondas emitiram alguma atividade sísmica? Eles tinham uma frequência em que pudessem ser detectados?

R:Não, eles não fizeram. Na verdade, acreditamos que essas ondas se originaram da atmosfera média [cerca de 50 quilômetros], mas as observamos na atmosfera superior a aproximadamente 300 quilômetros. Eram flutuações de pressão muito fracas se observarmos as ondas do solo. Esse tipo de onda foi produzido por processos de resfriamento relacionados ao eclipse; pode haver outras maneiras de induzir ondas semelhantes na atmosfera superior.

P:No caminho da totalidade, as ondas estavam mais fortes? Eles tiveram algum efeito diferente em qualquer outro lugar?

R:Sim, descobrimos que eles existiam principalmente ao longo e dentro de algumas centenas de quilômetros do caminho central de totalidade. Eles foram vistos pela primeira vez no centro dos EUA, em seguida, desapareceu no centro-leste dos EUA. Eles foram capazes de viajar por cerca de uma hora a uma velocidade de aproximadamente 300 metros por segundo, mais lento do que a velocidade da sombra da lua.

Os cientistas do Haystack continuarão a analisar os dados atmosféricos do eclipse e esperam relatar outras descobertas em breve. O próximo grande eclipse na América do Norte ocorrerá em abril de 2024.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.