Cientistas japoneses criaram o primeiro conjunto de dados de longo prazo sobre toda a atmosfera da Terra, estendendo-se até ao espaço.
Eles esperam que o projeto ajude a esclarecer alguns processos pouco explorados que ocorrem dentro da mortalha gasosa do nosso planeta, incluindo o magnífico aurora boreal.
Algumas partes de Atmosfera da Terra são estudados continuamente com detalhes incríveis. Por exemplo, milhões de estações meteorológicas em todo o mundo, centenas de balões meteorológicos e inúmeros aviões fornecem medições diárias de toda a troposfera, a região mais baixa da atmosfera. Os balões também atingem a parte inferior da estratosfera, a camada acima da troposfera. A quantidade de dados gerados por essas medições é tão alta que torna os modelos meteorológicos computacionais modernos quase infalíveis.
Olhe um pouco mais alto, porém, e a história é completamente diferente. A mesosfera, a camada de ar esparso acima da estratosfera que atinge quase a borda do espaçoé uma completa incógnita. Sabe-se tão pouco sobre os processos na mesosfera que a região é às vezes chamada de “ignorosfera”. Este vazio no nosso conhecimento é resultado da inalcançabilidade da ignorosfera – é demasiado alta para balões estratosféricos e geralmente demasiado baixa para instrumentos em satélites em órbita baixa da Terra para explorar.
Relacionado: A missão planejada da NASA à ‘ignorosfera’ poderia melhorar as previsões climáticas espaciais
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tóquio tentou resolver o problema usando modelagem computacional. Eles fizeram as raras medições disponíveis de parâmetros meteorológicos na ignorosfera – obtidas por sondagem foguetes e instrumentos de radar e lidar baseados na Terra – e os alimentaram em um novo sistema de assimilação de dados que haviam desenvolvido anteriormente. A assimilação de dados é uma técnica que combina modelagem com observações diretas para prever a evolução de um sistema. O sistema foi então instruído a reconstruir o que pode estar acontecendo na mesosfera para preencher as lacunas.
Os investigadores japoneses utilizaram o modelo para gerar dados de 19 anos, abrangendo a evolução de toda a atmosfera até à altitude de 110 quilómetros (68,4 milhas). Eles então usaram medições adicionais de ventos mesosféricos obtidas por radar terrestre para verificar alguns parâmetros do modelo e ganhar confiança em seus resultados.
O conjunto de dados abrange o período entre Setembro de 2004 e Dezembro de 2023 e permitirá aos investigadores explorar e modelar alguns dos fenómenos misteriosos que ocorrem em altitudes mais elevadas, incluindo a fascinante aurora boreal e a sua contraparte antípoda, a aurora austral.
“Para a troposfera e estratosfera, temos muitos dados, e a modelagem numérica para esta região é quase perfeita”, disse Kaoru Sato, professor de física atmosférica na Universidade de Tóquio e pesquisador principal por trás do projeto, ao Space.com. “Na região acima, os modelos não funcionam tão bem porque não possuem dados precisos das condições iniciais. Nosso conjunto de dados pode fornecer isso.”
A ignorosfera é a região atmosférica onde muitos efeitos relacionados com clima espacial ocorrer. Quando explosões de partículas carregadas de o sol atingem o nosso planeta, misturam-se com os gases finos acima da Terra, excitando as moléculas do ar. À medida que isso acontece, as moléculas emitem o brilho hipnotizante que podemos observar na Terra como as auroras. Mas existem outros efeitos menos visíveis que o clima espacial tem na atmosfera.
“As partículas solares de alta energia podem alterar a química do ozono e perturbar a camada de ozônio“, disse Sato. “Também sabemos que o fenômeno da aurora pode criar o que chamamos de ondas gravitacionais, que então se propagam para baixo na atmosfera.”
Ondas gravitacionais (não confundir com as ondas gravitacionais produzidos por colisões de buracos negros, entre outros encontros dramáticos) são vórtices que ocorrem em toda a atmosfera. Eles transportam energia por todo o mundo, afetando assim os padrões climáticos. Até agora, porém, os modeladores climáticos não foram capazes de compreender os efeitos das ondas gravitacionais que ocorrem em altitudes mais elevadas.
“Nosso conjunto de dados fornece condições iniciais em altíssima resolução para o modelo de circulação geral da atmosfera”, disse Sato. “Portanto, permite-nos simular ondas gravitacionais em toda a atmosfera, desde a superfície até à borda do espaço.”
Relacionado: Atmosfera da Terra: Fatos sobre o manto protetor do nosso planeta
Os dados também ajudarão os pesquisadores a modelar melhor como os processos na baixa atmosfera afetam a ionosfera, a parte da atmosfera acima de altitudes de 50 milhas (80 km), onde as partículas gasosas são constantemente ionizadas pelo vento solar. Sato disse que as ondas atmosféricas, incluindo ondas gravitacionais e maremotos em escala global, afetam o dínamo ionosférico, um processo que gera uma corrente elétrica ao redor do planeta através da interação entre as linhas do campo magnético da Terra e os movimentos do ar ionizado da ionosfera.
Existem outros mistérios que os investigadores esperam que o seu conjunto de dados ajude a desvendar – por exemplo, o estranho fenómeno conhecido como acoplamento inter-hemisférico, observado pela primeira vez no final da década de 2000. O acoplamento inter-hemisférico é uma suposta conexão entre a mesosfera antártica e a estratosfera ártica, na qual raras nuvens de alta altitude aparecem regularmente e desaparecem ao mesmo tempo, geralmente no mês de janeiro, disse Sato.
“Se quisermos compreender os mecanismos por trás deste acoplamento inter-hemisférico, precisamos de dados”, disse Sato. “Nosso conjunto de dados pode fornecer informações muito valiosas para lidar com esse acoplamento”.
Um papel descrevendo o trabalho realizado pela equipe japonesa foi publicado na revista Progress in Earth and Planetary Science em 10 de janeiro.