Novas informações sobre rajadas de raios de 'jato gigantesco' que chegam ao espaço

 Esta série de imagens, tiradas de um vídeo, mostra a formação de um jato gigantesco sobre Oklahoma em maio de 2018. Crédito: Chris Holmes

Um estudo 3D detalhado de uma descarga elétrica maciça que subiu 50 milhas no espaço acima de uma tempestade de Oklahoma forneceu novas informações sobre um fenômeno atmosférico indescritível conhecido como jatos gigantes. A descarga de Oklahoma foi o jato gigantesco mais poderoso estudado até agora, carregando 100 vezes mais carga elétrica do que um relâmpago típico de uma tempestade.

O jato gigantesco moveu cerca de 300 coulombs de carga elétrica para a ionosfera – a borda inferior do espaço – da tempestade. Os relâmpagos típicos carregam menos de cinco coulombs entre a nuvem e o solo ou dentro das nuvens. A descarga ascendente incluía correntes de plasma relativamente frias (aproximadamente 400 graus Fahrenheit), bem como estruturas chamadas líderes que são muito quentes – mais de 8.000 graus Fahrenheit.

?Conseguimos mapear esse jato gigantesco em três dimensões com dados de alta qualidade?, disse Levi Boggs, pesquisador do Georgia Tech Research Institute (GTRI) e autor correspondente do artigo. “Conseguimos ver fontes de frequência muito alta (VHF) acima do topo da nuvem, o que não havia sido visto antes com esse nível de detalhe. Usando dados de satélite e radar, fomos capazes de aprender onde a porção líder muito quente da descarga estava localizado acima da nuvem.”

Boggs trabalhou com uma equipe de pesquisa de várias organizações, incluindo a Universities Space Research Association (USRA), a Texas Tech University, a University of New Hampshire, a Politecnica de Catalunya, a Duke University, a University of Oklahoma, o National Severe Storms Laboratory da NOAA e o Laboratório Nacional de Los Alamos. A pesquisa é relatada em 3 de agosto na Science Advances.

Steve Cummer, professor de engenharia elétrica e de computação na Duke, usa as ondas eletromagnéticas que os raios emitem para estudar o poderoso fenômeno. Ele opera um local de pesquisa onde sensores semelhantes a antenas convencionais são dispostos em um campo vazio, esperando para captar sinais de tempestades que ocorrem localmente.

Fontes de mapeamento de rádio que se estendem da estrutura convectiva da tempestade. O plano cinza representa o topo da tempestade. Crédito: Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abl8731

“Os sinais VHF e ópticos confirmaram definitivamente o que os pesquisadores suspeitavam, mas ainda não provaram: que o rádio VHF do raio é emitido por pequenas estruturas chamadas streamers que estão na ponta do raio em desenvolvimento, enquanto a corrente elétrica mais forte flui significativamente por trás disso. ponta em um canal eletricamente condutor chamado de líder”, disse Cummer.

Doug Mach, coautor do artigo da Universities Space Research Association (USRA), disse que o estudo foi único ao determinar que os locais 3D para as emissões ópticas dos raios estavam bem acima do topo das nuvens.

“O fato de o jato gigantesco ter sido detectado por vários sistemas, incluindo o Lightning Mapping Array e dois instrumentos de raios ópticos geoestacionários, foi um evento único e nos dá muito mais informações sobre jatos gigantescos”, disse Mach. “Mais importante, esta é provavelmente a primeira vez que um jato gigantesco foi mapeado tridimensionalmente acima das nuvens com o conjunto de instrumentos Geostationary Lightning Mapper (GLM)”.

Jatos gigantescos foram observados e estudados nas últimas duas décadas, mas como não há um sistema de observação específico para procurá-los, as detecções têm sido raras. Boggs soube do evento de Oklahoma por um colega, que lhe contou sobre um jato gigantesco que havia sido fotografado por um cidadão-cientista que tinha uma câmera com pouca luz em operação em 14 de maio de 2018.

Felizmente, o evento ocorreu em um local com um sistema de mapeamento de raios VHF próximo, dentro do alcance de dois locais de radar meteorológico de próxima geração (NEXRAD) e acessível a instrumentos em satélites da rede de satélites ambientais operacionais geoestacionários (GOES) da NOAA. Boggs determinou que os dados desses sistemas estavam disponíveis e trabalhou com colegas para reuni-los para análise.

“Os dados detalhados mostraram que essas serpentinas frias iniciam sua propagação logo acima do topo da nuvem”, explicou Boggs. “Eles se propagam até a ionosfera inferior a uma altitude de 50 a 60 milhas, fazendo uma conexão elétrica direta entre o topo da nuvem e a ionosfera inferior, que é a borda inferior do espaço”.

Essa conexão transfere milhares de amperes de corrente em cerca de um segundo. A descarga ascendente transferiu carga negativa da nuvem para a ionosfera, típica de jatos gigantescos.

Os dados mostraram que, à medida que a descarga subia do topo da nuvem, fontes de rádio VHF foram detectadas em altitudes de 22 a 45 quilômetros (13 a 28 milhas), enquanto as emissões ópticas dos líderes de raios permaneceram perto do topo da nuvem a uma altitude de 15 a 28 km. 20 quilômetros (9 a 12 milhas). Os dados óticos e de rádio 3D simultâneos indicam que as redes de raios VHF detectam emissões de streamer corona em vez do canal líder, o que tem amplas implicações para a física de raios além da de jatos gigantescos.

Por que os jatos gigantescos lançam cargas no espaço? Os pesquisadores especulam que algo pode estar bloqueando o fluxo de carga para baixo – ou em direção a outras nuvens. Registros do evento de Oklahoma mostram pouca atividade de raios da tempestade antes de disparar o gigantesco jato recorde.

“Por qualquer motivo, geralmente há uma supressão de descargas nuvem-solo”, disse Boggs. “Há um acúmulo de carga negativa, e então pensamos que as condições no topo da tempestade enfraquecem a camada de carga superior, que geralmente é positiva. Na ausência das descargas de raios que normalmente vemos, o jato gigantesco pode aliviar o acúmulo de carga excesso de carga negativa na nuvem.”

Por enquanto, há muitas perguntas sem resposta sobre jatos gigantescos, que fazem parte de uma classe de eventos luminosos transitórios misteriosos. Isso porque as observações deles são raras e acontecem por acaso – de pilotos ou passageiros de aeronaves que os veem ou observadores terrestres operando câmeras de varredura noturna. 

As estimativas para a frequência de jatos gigantescos variam de 1.000 por ano até 50.000 por ano. Eles foram relatados com mais frequência em regiões tropicais do globo. No entanto, o jato gigantesco de Oklahoma – que era duas vezes mais poderoso que o próximo mais forte – não fazia parte de um sistema de tempestade tropical.

Além de sua novidade, jatos gigantescos podem ter impacto na operação de satélites em órbita terrestre baixa, disse Boggs. À medida que mais desses veículos espaciais são lançados, a degradação do sinal e os problemas de desempenho podem se tornar mais significativos. Os jatos gigantescos também podem afetar tecnologias como radares no horizonte que refletem ondas de rádio na ionosfera.

Boggs é afiliado ao Severe Storms Research Center, que foi estabelecido no GTRI para desenvolver tecnologias aprimoradas para alerta de tempestades severas, como tornados, que são comuns na Geórgia. O trabalho com jatos gigantescos e outros fenômenos atmosféricos faz parte desse esforço.

Fonte: phys.org