O legado do ICON: transformando nossa compreensão da ionosfera

NASAA missão ICON da aumentou nossa compreensão do impacto da ionosfera na tecnologia ao estudar suas interações com a Terra e o clima espacial, preparando o cenário para a exploração científica contínua.

• A missão ICON da NASA estudou a camada mais externa da atmosfera da Terra, chamada ionosfera.
• O ICON forneceu insights críticos sobre a interação entre o clima espacial e o clima da Terra. A missão reuniu detalhes sem precedentes do brilho atmosférico, mostrou uma relação entre os íons da atmosfera e as linhas do campo magnético da Terra e forneceu a primeira observação concreta para confirmar o dínamo ionosférico da Terra, há muito teorizado.
• Quase um ano após o ICON ter cumprido sua missão primária, a comunicação foi perdida em novembro de 2022 por razões pouco claras. A NASA concluiu formalmente a missão após vários meses de solução de problemas e não conseguiu recuperar o contato.

Visão geral da missão

Depois de contribuir para muitas descobertas importantes sobre a fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço — uma área onde o clima espacial pode interferir tanto em satélites quanto em sinais de comunicação — a missão ICON (Ionospheric Connection Explorer) da NASA chegou ao fim. A missão foi lançada em outubro de 2019 e completou seus objetivos de missão de dois anos em dezembro de 2021, antes de passar a operar como uma missão estendida por mais um ano.

“A missão ICON realmente fez jus ao seu nome”, disse Joseph Westlake, diretor da divisão de heliofísica na sede da NASA em Washington. “A ICON não apenas completou e excedeu com sucesso seus objetivos primários de missão, como também forneceu insights críticos sobre a ionosfera e a interação entre o clima espacial e terrestre.”

Investigações Ionosféricas

A nave espacial ICON orbitou em uma parte da camada mais externa da atmosfera do nosso planeta, chamada ionosfera, onde estudou quais eventos impactam a ionosfera, incluindo o clima da Terra de baixo e o clima espacial de cima. A ionosfera é o limite mais baixo do espaço, localizado entre 55 milhas a 360 milhas acima da superfície da Terra. É composta por um mar de partículas que foram ionizadas: uma mistura de íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente chamados plasma.

Esta fronteira do espaço é uma região dinâmica e movimentada, lar de muitos satélites — incluindo o Estação Espacial Internacional — e é um canal para comunicações de rádio e GPS sinais. Tanto satélites quanto sinais podem ser interrompidos pelas interações complexas do clima terrestre e espacial, então estudar e entender a ionosfera é crucial para entender o clima espacial e seus efeitos em nossa tecnologia.

Vídeo explicando as características da ionosfera, a camada mais externa da atmosfera da Terra. É o lar da aurora, da Estação Espacial Internacional, de uma variedade de satélites e de ondas de comunicação de rádio. Crédito: NASA/Goddard/Conceptual Image Lab/Krystofer Kim

Dados e descobertas inovadoras

A missão ICON capturou dados sem precedentes sobre a ionosfera com medições diretas do gás carregado em seus arredores imediatos, juntamente com imagens de uma das características mais impressionantes da ionosfera — o brilho atmosférico.

O ICON rastreou as faixas coloridas conforme elas se moviam pela ionosfera. O brilho atmosférico é criado por um processo semelhante ao que cria a aurora. No entanto, o brilho atmosférico ocorre em todo o mundo, não apenas nas latitudes norte e sul, onde as auroras são normalmente encontradas. Embora o brilho atmosférico seja normalmente fraco, os instrumentos do ICON foram especialmente projetados para capturar até mesmo o brilho mais fraco, a fim de construir uma imagem da densidade, composição e estrutura da ionosfera.

Ao medir o desvio Doppler, os sensíveis sensores de imagem do ICON também detectaram o movimento da atmosfera enquanto ela brilhava. “É como medir a velocidade de um trem detectando a mudança no tom de sua buzina — mas com luz”, disse Thomas Immel, líder da missão ICON no Universidade da California, Berkeley. A missão foi projetada especificamente para realizar essa medição tecnicamente difícil.

Compreensão científica aprimorada

A visão abrangente da atmosfera superior da missão ICON forneceu dados valiosos para os cientistas desvendarem nos próximos anos. Por exemplo, suas medições mostraram como a erupção vulcânica Hunga Tonga-Hunga Ha’apai de 2022 interrompeu as correntes elétricas na ionosfera.

“O ICON conseguiu capturar a velocidade da erupção vulcânica, permitindo-nos ver diretamente como ela afetou o movimento de partículas carregadas na ionosfera”, disse Immel. “Este foi um exemplo claro da conexão entre o clima tropical e a estrutura ionosférica. O ICON nos mostrou como as coisas que acontecem no clima terrestre têm uma correlação direta com eventos no espaço.”

Avanços Tecnológicos e Científicos

Outro avanço científico foram as medições do ICON do movimento de íons na atmosfera e sua relação com as linhas do campo magnético da Terra. “Foi realmente único”, disse Immel. “As medições do ICON do movimento de íons na atmosfera foram cientificamente transformadoras em nossa compreensão do comportamento na ionosfera.”

Com a ajuda do ICON, os cientistas entendem melhor como essas interações conduzem um processo chamado dínamo ionosférico. O dínamo, que fica no fundo da ionosfera, permaneceu um mistério por décadas porque é difícil de observar.

O ICON forneceu a primeira observação concreta dos ventos alimentando o dínamo e como isso influencia o clima espacial. Ventos terrestres imprevisíveis movem o plasma ao redor da ionosfera, enviando as partículas carregadas para o espaço ou despencando em direção à Terra. Esse cabo de guerra eletricamente carregado entre a ionosfera e os campos eletromagnéticos da Terra atua como um gerador, criando campos elétricos e magnéticos complexos que podem afetar tanto a tecnologia quanto a própria ionosfera.

“Ninguém nunca tinha visto isso antes”, disse Immel. “O ICON finalmente e conclusivamente forneceu confirmação experimental da teoria do dínamo eólico.”

Conclusão da missão e legado

Em 25 de novembro de 2022, a equipe da ICON perdeu contato com a espaçonave. A comunicação com a espaçonave não pôde ser estabelecida, mesmo após executar uma reinicialização do ciclo de energia usando um temporizador de perda de comando integrado. Embora a espaçonave permaneça intacta, outras técnicas de solução de problemas não conseguiram restabelecer o contato entre a espaçonave ICON e os operadores da missão.

“O legado do ICON viverá através do conhecimento inovador que ele forneceu enquanto estava ativo e do vasto conjunto de dados de suas observações que continuarão a produzir nova ciência”, disse Westlake. “O ICON serve como uma base para novas missões que virão.”