A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (NASA) informou nesta semana que sua aeronave especial ER-2 voou alto, durante este mês de julho de 2023, perto de nuvens de tempestade, para investigar raios e sua conexão com os vastos campos de energia em nossa atmosfera.
Como o avião que voa mais alto no Programa de Ciência Aerotransportada da NASA, o ER-2 está dando aos pesquisadores um novo ângulo de visão e pesquisa nas nuvens de tempestade. O modelo é uma adaptação do avião de reconhecimento Lockheed U-2.
Historicamente, os raios só foram pesquisados por aeronaves voando baixo ou por observadores terrestres, muito longe das nuvens de tempestade para examinar suas características detalhadas.
Satélites como o TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission, ou Missão de Medição de Precipitação Tropical) da NASA e o GOES (Geostationary Environmental Satellite, ou Satélite Ambiental Geoestacionário) da NOAA, bem como o Lightning Imaging Sensor (Sensor de Imagem de Relâmpago) na Estação Espacial Internacional (ISS), mediram raios e descargas de energia relacionadas de centenas a milhares de quilômetros de altura.
Agora, porém, o avião ER-2 da NASA pode voar a cerca de 60.000 pés (20.000 metros), uma altitude ideal e de grande proximidade com nuvens de tempestade.
Os cientistas que participam do projeto ALOFT (Airborne Lightning Observatory for Fly’s Eye Simulator e Terrestrial Gamma Rays, ou Observatório Aerotransportado de Relâmpagos para Simulador de Olhos de Mosca e Raios Gama Terrestres) têm usado o ER-2 para sobrevoar a América Central, o Caribe e a costa da Flórida, que são pontos críticos de atividade de tempestades em nesta época do ano.
Logo acima da altura de uma nuvem de tempestade, a equipe espera coletar dados detalhados que possam avançar no estudo das emissões de radiação de alta energia das tempestades.
A campanha de campo inclui instrumentos e pesquisadores da Universidade de Birkeland, na Noruega, do Marshall Space Flight Center e do Goddard Space Flight Center da NASA, do Sandia National Labs e do US Naval Research Laboratory.
“Esta é uma missão para entrar na microfísica do que está acontecendo no enorme campo elétrico acima de nossas cabeças”, disse o investigador principal Nikolai Ostgaard, da Universidade de Birkeland. “Nosso objetivo é entender como e em que condições os TGFs, ou flashes de raios gama terrestres, são produzidos. Também pretendemos entender o comportamento dos brilhos de raios gama em nuvens de tempestade.”
A ciência por trás desses brilhos e flashes é como uma bateria: uma nuvem de tempestade é carregada pela fricção elétrica entre o ar úmido e os cristais de ar frio, e essa energia é descarregada por um raio. Essas descargas reduzem o brilho de fótons extremamente energéticos – raios gama – dentro da nuvem de tempestade.
Nuvens de tempestade também podem produzir flashes de raios gama, que ocorrem como breves rajadas de luz que duram de dezenas a centenas de microssegundos e são ainda mais intensos do que brilhos de raios gama.
“Se você passar por uma nuvem de tempestade que brilha em raios gama, isso significa que o campo elétrico dentro da nuvem é muito grande”, disse Ostgaard. A equipe científica do ALOFT está examinando esse brilho para observar a atividade de raios gama das nuvens de tempestade.
Os pilotos da NASA estão voando o ER-2 o mais próximo possível das nuvens de tempestade para coletar dados com instrumentos montados na aeronave. Eles medem o brilho dos raios gama (em fótons por microssegundo) usando cintiladores – ou cristais – que criam um pulso de luz quando atingidos por um raio gama. Um fotomultiplicador transforma esses pulsos de luz em pulsos elétricos que indicam carga elétrica.
A equipe ALOFT no solo recebe esses dados em tempo real e, se detectar que a aeronave está voando perto de uma nuvem de tempestade eletricamente brilhante, instrui o piloto a circular e sobrevoar aquela célula o maior tempo possível.
Além da instrumentação de raios, a NASA está fornecendo medições adicionais de radares de precipitação e nuvens e radiômetros de microondas. Esses instrumentos adicionais fornecem a capacidade de medir as estruturas e propriedades microfísicas das tempestades, o que pode fornecer mais informações sobre os mecanismos por trás dos campos elétricos.
“Nossos instrumentos são projetados com uma resolução de tempo muito alta, para que possamos ver um fóton de relâmpago a cada microssegundo, ou milionésimo de milissegundo”, disse Ostgaard.
Ostgaard está entusiasmado com os novos insights que esses dados revelarão sobre raios e o campo elétrico acima de nós. “Isso abrirá portas para a compreensão dos raios, porque realmente não entendemos como esses flashes e brilhos de raios gama estão relacionados a nuvens de tempestade e raios”, disse ele.
As informações coletadas também ajudarão cientistas e engenheiros a avaliar novos conceitos de design para a próxima geração de mapeadores de raios espaciais.
Visão geral sobre o ER-2
A NASA opera duas aeronaves de Lockheed ER-2 (ER refere-se a “Warth resources”, ou recursos terrestres) como laboratórios voadores no Programa de Ciência Suborbital sob a Diretoria de Missões Científicas da Agência.
A aeronave, que fica baseada no Edifício 703 da NASA Armstrong em Palmdale, CA, coleta informações sobre nossos arredores, incluindo recursos da Terra, observações celestes, química e dinâmica atmosférica e processos oceânicos.
As aeronaves também são usadas para pesquisa e desenvolvimento de sensores eletrônicos, calibração de satélites e validação de dados de satélites.
