Em julho de 2023, a aeronave ER-2 da NASA voou perto de nuvens de trovoada para estudar a relação entre os raios e os campos de energia atmosférica. A aeronave, parte do projeto ALOFT, opera a uma altitude única, permitindo aos cientistas coletar dados detalhados sobre as emissões de radiação de alta energia provenientes de tempestades. Crédito: NASA
NASAA aeronave ER-2 da NASA, como parte do projeto ALOFT, investigou relâmpagos e campos de energia relacionados na atmosfera em julho de 2023. Esta pesquisa visa aprofundar nossa compreensão dos flashes de raios gama em nuvens de trovoada e influenciará o futuro mapeamento de relâmpagos baseado no espaço tecnologias.
Ao longo de julho de 2023, a aeronave ER-2 da NASA voou perto de nuvens de trovoada para investigar relâmpagos e sua conexão com os vastos campos de energia em nossa atmosfera. Como o avião que voa mais alto do Programa de Ciência Aerotransportada da NASA, o ER-2 está dando aos pesquisadores um novo ângulo sobre as nuvens de tempestade.
Historicamente, os relâmpagos só foram pesquisados por aeronaves voando baixo ou por observadores terrestres muito longe das nuvens de trovoada para examinar suas características detalhadas. Satélites como o TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission) da NASA e NOAAO GOES (Satélite Ambiental Geoestacionário), bem como o Sensor de Imagens de Raios no Estação Espacial Internacional, mediram raios e descargas de energia relacionadas de centenas a milhares de quilômetros acima. O avião ER-2 da NASA, no entanto, pode voar a cerca de 20.000 metros (60.000 pés), uma altitude ideal e proximidade de nuvens de tempestade.
O Armstrong Flight Research Center da NASA em Edwards, Califórnia, colaborou com a Universidade de Bergen, Noruega, para criar o projeto ALOFT, Observatório de Relâmpagos Aerotransportados para simulador de olho de Fly e flashes de raios gama terrestres. A equipe incluiu cientistas e investigadores da Universidade de Bergen, na Noruega, e pilotos, engenheiros e técnicos da NASA que investigaram brilhos de relâmpagos e flashes de raios gama terrestres. Voando logo acima da altura das nuvens de trovoada sobre as costas da Flórida e do Caribe, a aeronave ER-2 da NASA coleta dados mais precisos que podem avançar no estudo das emissões de radiação de alta energia das tempestades. Crédito: Armstrong Flight Research Center da NASA
O Projeto ALOFT: Um mergulho mais profundo na pesquisa sobre relâmpagos
Cientistas que participam do projeto ALOFT – Observatório Aéreo de Relâmpagos para Simulador de Olhos de Mosca e Raios Gama Terrestres – têm usado o ER-2 para voar sobre a América Central, o Caribe e a costa da Flórida, que são pontos críticos para atividades de tempestades neste momento. de 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 provenientes de 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 Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA.
“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 compreender o comportamento dos brilhos dos raios gama nas nuvens de trovoada.”
A NASA opera duas aeronaves Lockheed ER-2 Earth Resources como laboratórios voadores no Programa de Ciência Aerotransportada sob a Diretoria de Missões Científicas da Agência. As aeronaves estão baseadas no Armstrong Flight Research Center da NASA em Palmdale, Califórnia, e coletam informações sobre os 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 satélite. Crédito: NASA
Compreendendo a ciência dos raios gama e das nuvens de tempestade
A ciência que sustenta estes brilhos e flashes pode ser comparada a uma bateria: uma nuvem de trovoada é carregada pela fricção eléctrica entre o ar húmido 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. As nuvens de tempestade também podem produzir flashes de raios gama, que ocorrem como breves explosões de luz que duram de dezenas a centenas de microssegundos e são ainda mais intensos do que os 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 observando a atividade de raios gama das nuvens de trovoada examinando esse brilho.
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 em solo recebe esses dados em tempo real e, se detectar que a aeronave está voando perto de uma nuvem de trovoada com brilho elétrico, instrui o piloto a circular e sobrevoar aquela célula o maior tempo possível.
O ER-2 é uma aeronave versátil, adequada para realizar múltiplas tarefas de missão. Ele opera em altitudes de 20.000 pés a 70.000 pés, o que está acima de 99% da atmosfera da Terra. A aeronave possui quatro grandes compartimentos experimentais pressurizados e um sistema elétrico AC/DC de alta capacidade, permitindo transportar uma variedade de cargas úteis em uma única missão. O design modular da aeronave permite a rápida instalação ou remoção de cargas úteis para atender às mudanças nos requisitos da missão. Crédito: NASA/Carla Thomas
Instrumentos Suplementares e Insights Futuros
Além da instrumentação de relâmpagos, a NASA está fornecendo medições adicionais de radares de precipitação e nuvens e radiômetros de micro-ondas. Estes instrumentos adicionais proporcionam a capacidade de medir as estruturas e propriedades microfísicas das tempestades, o que pode fornecer mais informações sobre os mecanismos por trás dos campos eléctricos.
“Nossos instrumentos são projetados com uma resolução de tempo muito alta, para que possamos ver uma fóton de um relâmpago a cada microssegundo, ou milionésimo de segundo”, disse Ostgaard.
Ostgaard está entusiasmado com os novos insights que esses dados revelarão sobre os relâmpagos e o campo elétrico acima de nós. “Isso abrirá portas para a compreensão dos relâmpagos, porque não entendemos realmente como esses flashes e brilhos de raios gama estão relacionados com nuvens de trovoada e relâmpagos”, disse ele. As informações coletadas também ajudarão cientistas e engenheiros a avaliar novos conceitos de projeto para a próxima geração de mapeadores de raios espaciais.
