Propagação Transequatorial via bolhas ionosféricas

Autoria: INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Enviado por Pedro Machado da cidade de Lorena, SP

O estudo do INPE sobre Bolhas Ionosféricas explica perfeitamente um fenômeno que integrantes do DX Clube do Brasil vem notando repetidamente há muitos anos. De outubro a março de cada ano, emissoras de FM da região do Caribe podem ser ouvidas no sul do Brasil. Embora não soubéssemos a causa precisa, sabe-se que algo reflete as ondas de FM ( na faixa de VHF ) de volta para a superfície, no período citado.

O INPE enviou um artigo mostrando a pesquisa sobre as bolhas ionosféricas que é reproduzido abaixo.

* Ao final do artigo do INPE, foi inserido uma figura produzida pelo IPS da Austrália, mostrando com mais detalhes os caminhos abertos a propagação produzidos por este fenômeno, ilustrando justamente a ponte entre a região do Caribe e o sul do Brasil.

1. As Bolhas Ionosféricas: O Fenômeno

A descoberta do fenômeno pelo INPE

O fenômeno das bolhas ionosféricas foi detectado experimentalmente pela primeira vez sobre o território brasileiro por volta dos anos 1976-1977, pelo grupo de estudos ionosféricos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais-INPE de São José dos Campos, por meio de observações científicas da ionosfera noturna, ou seja, por medidas de uma luz muito fraca, a aeroluminescência (também conhecida por airglow, na língua inglesa), emitida pelo oxigênio atômico da ionosfera. Tal descoberta mostra claramente a importância da pesquisa científica básica para aplicações práticas que são de direto interesse para a sociedade. Desde então mais de 100 publicações científicas sobre o assunto foram feitas pelo grupos de estudos ionosféricos do INPE, em revistas científicas especializadas internacionais.
Tal descoberta feita pelo grupo brasileiro, aconteceu paralelamente com a de outros grupos internacionais em outras regiões do globo terrestre.

Morfologia do fenômeno das bolhas As bolhas ionosféricas são regiões vazias de plasma ionosférico. A ionosfera é um plasma, e plasma é um gás formado por partículas livres eletricamente carregadas, ou seja, partículas de cargas elétricas positivas e negativas. Dentro das bolhas o plasma é muito rarefeito. A rarefação pode alcançar até 99% conforme já têm sido observado. Entretanto, as partículas eletricamente neutras da atmosfera terrestre, tais como o oxigênio atômico, não sofrem variação de concentração, o que significa que as bolhas são caracterizadas pelas reduções de concentração de plasma e não de atmosfera neutra.

A bolhas ocorrem na região tropical a partir da altura de aproximadamente 250 km e se estendem por centenas de quilômetros ao longo das linhas de campo geomagnético podendo ir de um hemisfério terrestre ao outro e atingir uma altura máxima superior a 1500 km na região do equador. Elas aparecem logo após o pôr do sol, sobem em altura e se deslocam para leste e nunca ocorrem durante o dia.
Essas bolhas só ocorrem durante a noite e nunca ocorrem durante o dia e estão restritas aproximadamente à região tropical (e portanto elas não ocorrem sobre países de primeiro mundo). A ocorrência delas é altamente sazonal ou seja, varia com a estação do ano e ocorrem sobre a região brasileira entre setembro e março. Elas podem ocorrer também fora deste período, só que ocorrem com muito menos freqüência.

Ilustração do movimento das bolhas ionosféricas sobre a região brasileira.

A metade mais clara do globo terrestre na ilustração acima representa o dia e a parte mais escura representa a noite. Notar que as bolhas se deslocam para leste, acompanhando o equador magnético terrestre. Elas se formam logo após o pôr do sol e aumentam de tamanho, à medida que se deslocam para leste, tomando dimensões transequatoriais. Elas ocorrem apenas no setor noturno. As extremidades das bolhas encontram-se em pontos geomagneticamente conjugados, os quais estão localizados em pontos aproximadamente simétricos em relação ao equador geomagnético..

A ocorrência máxima desse fenômeno acontece no período de dezembro a fevereiro. Tal freqüência de ocorrência varia também em função do ciclo de atividade solar que dura 11 anos. As bolhas são muito mais freqüentes durante o máximo do ciclo de atividade solar, em cujo período els interferem muito mais nas telecomunicações. Estamos atualmente passando pelo pico do ciclo de atividade solar (ano de 2002).

2. Possíveis impactos da Bolhas ionosféricas na sociedade

A ionosfera sobre o território nacional apresenta fenômenos únicos no globo terrestre
A ionosfera sobre o território brasileiro apresenta aspectos únicos em relação às outras partes do globo terrestre, principalmente devido à alta declinação do campo magnético (ângulo que a direção do campo magnético faz com o norte geográfico) que é máxima sobre o território brasileiro. A dinâmica da ionosfera terrestre apresenta variações com a latitude geográfica, porém, mesmo no contexto da região tropical global, a região brasileira apresenta peculiaridades. Conforme verificado por extensivas medidas ionosféricas efetuadas por satélites, as bolhas ionosféricas, por razão ainda não bem compreendida, ocorrem com mais freqüência sobre o território brasileiro, que em outros setores longitudinais da região tropical.

Efeitos das bolhas ionsféricas nas telecomunicações

As bolhas causam cintilação de amplitude e de fase nas ondas de rádio, resultando na degradação do sinal e conseqüente perda de qualidade das telecomunicações tanto via ionosfera como por satélite podendo causar até a completa interrupção nas telecomunicações por períodos de até 4 horas, conforme tem sido tipicamente observado e relatado sobre o território brasileiro.

Essas interferências podem ocorrer até mesmo em freqüências muito elevadas tais como 1,4 GHz, 1,6 GHz etc. nas quais antes da descoberta das bolhas ionosféricas não se esperava grandes influências da ionosfera. As bolhas podem interferir fortemente na recepção de sinais de satélite em antenas parabólicas, especialmente nos sistemas mais antigos de recepção de TV. Tem-se observado que as interferências causadas pelas bolhas se manifestam na recepção de TV por antenas parabólicas sob forma de pontos brilhantes espalhados por toda a tela. As bolhas são mais fortes e interferem mais nas telecomunicações até a meia noite. A interferência continua depois da meia noite, porém com menor intensidade. Não acontecem interferências das bolhas durante o dia pelo simples fato de as bolhas não existirem neste período.

Já foram relatadas interrupções nas telecomunicações via satélite sobre o território brasileiro, com conseqüências indesejáveis. Nos últimos anos o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais tem sido contatado por empresas privadas e públicas que tiveram problemas de interrupção ou eventos de séria degradação de sinais nos seus sistemas de telecomunicações, devido à presença das bolhas ionosféricas. Essas empresas entretanto não concordam que os seus nomes sejam associados a esse problema nos meios públicos de comunicação.

Os efeitos das bolhas sobre as telecomunicações ocorrem em diversos graus de intensidade, dependendo de quanto o sistema de telecomunicações esteja preparado para resolver o problema da interferência. Muitos sistemas modernos de telecomunicações conseguem vencer completamente a interferência das bolhas ionosféricas.

As bolhas inosféricas interferem nas telecomunicações transionosféricas, ou seja, todas as transmissões cujo caminho passe pela ionosfera terrestre. Tais interferências podem ocorre até mesmo em freqüências muito elevadas tais como 1,4 GHz, 1,6 GHz etc.

Essas bolhas só ocorrem durante a noite e nunca ocorrem durante o dia e estão restritas aproximadamente à região tropical (e portanto elas não ocorrem sobre países de primeiro mundo). A ocorrência delas é altamente sazonal ou seja, varia com a estação do ano. Elas ocorrem entre setembro e março. Elas podem ocorrer também fora deste período, só que muito menos freqüência. A ocorrência máxima desse fenômeno acontece no período de dezembro a fevereiro. Tal freqüência de ocorrência varia muito também em função do ciclo de atividade solar que dura 11 anos e estamos passando pelo pico dele no momento (ano de 2002). Ou seja, as bolhas interferem muito mais nas telecomunicações na fase de máxima atividade solar. Estamos passando atualmente pelo pico de máximo de atividade solar.

Tais bolhas interferem fortemente na recepção de antenas parabólicas de alguns sistemas mais antigos de recepção de TV. Elas se manifestam na recepção de TV por antenas parabólicas como pontos brilhantes.

As bolhas são mais fortes e interferem mais nas telecomunicações no período noturno até a meia noite. A interferência continua depois da meia noite, só que com menor intensidade.

As bolhas ionosféricas são grandes regiões da ionosfera terrestre onde existe um vazio de plasma (a ionosfera é um plasma composto por elétrons e íons livres de oxigênio atômico). Elas são alinhadas ao longo das linhas de força do campo magnético terrestre podendo, desta forma, ocupar um espaço transequatorial. elas aparecem logo após o pôr do sol, sobem em altura e se deslocam para leste.

Diagrama produzido pelo IPS Australia que ilustra os caminhos proporcionados por este fenômeno na propagação ionosférica.

-- Agradecimento :

Dr. José Humberto de Andrade Sobral

Divisão de Aeronomia
Área de Ciências Espaciais e Atmosféricas
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
São José dos campos - SP

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