Foguete da NASA dá a primeira olhada multiponto nas nuvens que perturbam o rádio

Bem acima da Terra, finos véus de neblina metálica flutuam pela borda do espaço. Conhecidas como camadas E esporádicas, estas “nuvens” de alta altitude formam-se a partir da poeira vaporizada de meteoros queimados, ganhando o seu nome devido à forma imprevisível como emergem e depois se dissipam. Agora, novos resultados de um foguete de sondagem da NASA – um foguete de pesquisa suborbital – que voou cinco detectores através de uma dessas camadas revelam simultaneamente pela primeira vez uma complexidade inesperada na camada.

Embora invisíveis à vista, as camadas E esporádicas tornam a sua presença conhecida pelos sinais de rádio dos quais dependemos para comunicação de longa distância. Quando presentes, E esporádicos podem enviar esses sinais em direções inesperadas, tornando a tecnologia temporariamente não confiável.

Os cientistas há muito que procuram uma compreensão mais completa destas nuvens que perturbam o rádio, mas até recentemente, apenas tinham amostrado uma fatia estreita de cada vez. O foguete, chamado de demonstração esporádica de eletrodinâmica E, ou SpEED Demon, para abreviar, foi lançado da Wallops Flight Facility da NASA na Virgínia em 24 de agosto de 2022 e demonstrou a primeira visão simultânea e multiponto dentro do E esporádico. Seus resultados, de uma equipe liderada pela Embry-Riddle Aeronautical University, são descritos em um novo estudo no Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Camadas E esporádicas se formam na ionosfera, uma região da alta atmosfera que começa a cerca de 40 milhas (60 quilômetros) acima, onde os gases neutros começam a se transformar em plasma, ou gás ionizado. Algumas das partículas vêm de meteoros, que queimam e deixam vestígios de ferro, magnésio e outros metais. Esses metais ocasionalmente se aglomeram em camadas densas semelhantes a nuvens – as esporádicas camadas E – que refletem ondas de rádio.

“As camadas E esporádicas são, em certo sentido, espelhos gigantes de ondas de radiofrequência no céu”, disse Aroh Barjatya, investigador principal da missão e professor de engenharia física na Embry-Riddle em Daytona Beach, Florida.

Quando uma camada E esporádica se forma, os sinais destinados a viajar para o espaço podem ricochetear de volta para o solo. Os controladores de tráfego aéreo e os utilizadores de rádios marítimos podem captar transmissões distantes como se estivessem próximos, e os radares que fazem a varredura para além do horizonte podem registar os chamados “fantasmas”, ou alvos falsos. Os efeitos também atingem a tecnologia cotidiana.

“A maior fonte de erro no GPS do seu telefone, por exemplo, vem do plasma na ionosfera, e camadas E esporádicas podem contribuir para esta incerteza”, disse Henry Valentine, principal autor do estudo, que conduziu o trabalho na Embry-Riddle e agora é pesquisador no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA.

Como as camadas E esporádicas pairam a cerca de 100 quilómetros de altura – demasiado altas para balões meteorológicos, demasiado baixas para satélites – e formam-se e dissipam-se de forma imprevisível, há muito que são domínio dos foguetes-sonda, que podem ser lançados num curto espaço de tempo para apanhar um em flagrante. Mas um único foguete percorre um único caminho, fazendo medições apenas ao longo de uma linha. Barjatya compara a situação a ver uma cena através de uma fenda na parede. Só podemos observar o que está acontecendo ao longo dessa fenda estreita, perdendo o contexto crucial de tudo o que está acontecendo à esquerda ou à direita da nossa visão.

A missão SpEED Demon mudou isso. A missão foi a primeira a implantar sondas ejetáveis, chamadas dropsondas, dentro de uma camada E esporádica. Uma vez lá dentro, o foguete lançou quatro dropsondas que voaram para longe da carga principal e umas das outras, cada uma medindo o plasma ao longo de sua própria trilha e transmitindo suas medições de volta às estações terrestres. Juntamente com a carga principal, as sondas amostraram a camada em um total de cinco locais ao mesmo tempo.

“Agora, com vários sensores, transformamos aquela rachadura em uma cerca”, disse Barjatya.

Os dados revelaram uma complexidade surpreendente dentro da camada E esporádica. Em vez de uma panqueca lisa e densa de partículas metálicas, a camada pela qual o SpEED Demon voou parecia irregular e estruturada, moldada por ventos turbulentos movendo-se através do ar neutro ao seu redor.

“Muitas vezes você pensa em E esporádico como uma única camada de densidade nítida, mas o que vimos na nossa é que ela está interagindo com o vento neutro e essas turbulências atmosféricas turbulentas”, disse Valentine. “Em vez de uma panqueca plana, está mais perto de um pãozinho de canela.”

Na descida, a camada até se dividiu em dois picos distintos. A equipe descobriu que a forma era consistente com a modulação das ondas de Kelvin-Helmholtz, a instabilidade ondulada e ondulada que produz padrões de ondas quebrantes em nuvens comuns. Como o voo não conseguiu medir diretamente os ventos locais e os campos elétricos, os investigadores têm o cuidado de considerar a explicação da onda plausível em vez de confirmada.

A missão SpEED Demon foi projetada como uma demonstração de tecnologia – um teste para saber se a técnica da dropsonda funcionaria. Aconteceu e a equipe foi rápida em aplicá-lo novamente. A equipe de Barjatya usou uma estratégia semelhante de sonda múltipla para lançar foguetes na direção do Eclipse anular de outubro de 2023 e Eclipse solar total de abril de 2024estudando como a escuridão repentina perturbou a atmosfera superior. Em junho de 2025, eles voaram com o descendente mais direto do SpEED Demon, Sporadic-E ElectroDynamics, ou SEMENTEem camadas E esporádicas do Atol de Kwajalein nas Ilhas Marshall, estudando-as em latitudes mais baixas. Os documentos dessas missões estão em preparação.

Após anos de estudo, as camadas E esporádicas não são mais tão imprevisíveis como antes. “Eles têm uma sazonalidade, com pico de ocorrência ocorrendo no verão local”, disse Barjatya.

As questões sobre como e quando eles se formam são cada vez mais refinadas. A nova metodologia implantável de sensor de foguete multiponto, juntamente com medições baseadas em solo, provavelmente deixará o quadro ainda mais próximo da conclusão. “A comunidade científica como um todo está agora na fase final de compreensão completa desses gigantescos espelhos de radiofrequência no céu”, disse Barjatya.

Por Miles Hatfield
Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Maryland.