Bem acima da Terra, finos véus de névoa metálica vagam pela borda do espaço. Conhecidas como camadas E esporádicas, essas “nuvens” de alta altitude se formam a partir da poeira vaporizada de meteoros que se desintegram na atmosfera, recebendo esse nome pela maneira imprevisível como surgem e depois se dissipam. Agora, novos resultados de um foguete de sondagem da NASA — um foguete de pesquisa suborbital — que atravessou uma dessas camadas com cinco detectores simultaneamente revelam, pela primeira vez, uma complexidade inesperada nessa camada.
Embora invisíveis a olho nu, as camadas E esporádicas se fazem presentes nos sinais de rádio dos quais dependemos para a comunicação de longa distância. Quando presente, a E esporádica pode fazer esses sinais ricochetearem em direções inesperadas, tornando a tecnologia temporariamente pouco confiável.
Os cientistas há muito buscam uma compreensão mais completa dessas nuvens que interferem no rádio, mas, até recentemente, só haviam conseguido amostrá-las em uma estreita faixa por vez. O foguete, chamado sporadic E Electrodynamics Demonstration, ou SpEED Demon, lançado a partir do NASA’s Wallops Flight Facility, na Virgínia, em 24 de agosto de 2022, demonstrou a primeira visão simultânea e multiponto do interior de uma E esporádica. Seus resultados, obtidos por uma equipe liderada pela Embry-Riddle Aeronautical University, são descritos em um novo estudo no Journal of Geophysical Research: Space Physics.
As camadas E esporádicas se formam na ionosfera, uma região da alta atmosfera que começa a cerca de 40 milhas (60 quilômetros) de altitude, onde os gases neutros começam a se transformar em plasma, ou gás ionizado. Algumas das partículas presentes ali vêm de meteoros, que queimam na atmosfera e deixam vestígios de ferro, magnésio e outros metais. Esses metais ocasionalmente se aglomeram em folhas densas semelhantes a nuvens — as camadas E esporádicas — que refletem ondas de rádio.
“As camadas E esporádicas são, em certo sentido, gigantescos espelhos de ondas de radiofrequência no céu”, disse Aroh Barjatya, investigador principal da missão e professor de física de engenharia na Embry-Riddle, em Daytona Beach, na Flórida.
Quando uma camada E esporádica se forma, sinais destinados a viajar para o espaço podem ricochetear de volta em direção ao solo. Controladores de tráfego aéreo e usuários de rádio marítimo podem captar transmissões distantes como se estivessem próximas, e radares que fazem varreduras além do horizonte podem registrar os chamados “fantasmas”, ou alvos falsos. Os efeitos também alcançam tecnologias do dia a dia.
“A maior fonte de erro no GPS do seu celular, por exemplo, vem do plasma na ionosfera, e as camadas E esporádicas podem contribuir para essa incerteza”, disse Henry Valentine, autor principal do estudo, que realizou o trabalho na Embry-Riddle e agora é pesquisador no U.S. Naval Research Laboratory.
Como as camadas E esporádicas pairam a cerca de 60 milhas (100 quilômetros) de altitude — alto demais para balões meteorológicos e baixo demais para satélites — e se formam e se dissipam de maneira imprevisível, há muito tempo elas são objeto de estudo de foguetes de sondagem, que podem ser lançados com pouca antecedência para capturá-las em ação. Mas um único foguete percorre um único trajeto, fazendo medições apenas ao longo de uma linha. Barjatya compara a situação a observar uma cena através de uma rachadura em uma parede. Só é possível observar o que acontece ao longo daquela estreita abertura, perdendo o contexto crucial do que ocorre à esquerda ou à direita do campo de visão.
A missão SpEED Demon mudou isso. A missão foi a primeira a lançar sondas ejetáveis, chamadas dropsondes, dentro de uma camada E esporádica. Uma vez dentro dela, o foguete liberou quatro dropsondes, que se afastaram da carga útil principal e umas das outras; cada uma mediu o plasma ao longo de sua própria trajetória e transmitiu suas medições para estações em solo. Juntamente com a carga útil principal, as sondas amostraram a camada em um total de cinco pontos ao mesmo tempo.
“Agora, com vários sensores, transformamos essa rachadura em uma cerca de estacas”, disse Barjatya.
Os dados revelaram uma complexidade surpreendente no interior da camada E esporádica. Em vez de uma panqueca lisa e densa de partículas metálicas, a camada atravessada pelo SpEED Demon parecia irregular e estruturada, moldada por ventos turbulentos que se moviam pelo ar neutro ao seu redor.
“Muitas vezes, pensamos na E esporádica como uma única camada nítida de alta densidade, mas o que vimos na nossa missão foi uma interação com o vento neutro e essas turbulências atmosféricas circulantes”, disse Valentine. “Em vez de uma panqueca plana, ela se aproxima mais de um pão de canela.”
Durante a descida, a camada chegou a se dividir em dois picos distintos. A equipe descobriu que essa forma era consistente com uma modulação causada por ondulações de Kelvin-Helmholtz, a instabilidade ondulatória e recurvada que produz padrões de ondas quebrando em nuvens comuns. Como o voo não conseguiu medir diretamente os ventos locais e os campos elétricos, os pesquisadores têm o cuidado de considerar a explicação pelas ondulações plausível, mas não confirmada.
A missão SpEED Demon foi concebida como uma demonstração tecnológica — um teste para verificar se a técnica das dropsondes funcionaria. Funcionou, e a equipe rapidamente voltou a aplicá-la. A equipe de Barjatya usou uma estratégia semelhante, com várias sondas, para lançar foguetes nas trajetórias do eclipse anular de outubro de 2023 e do eclipse solar total de abril de 2024, estudando como a escuridão repentina perturbou a alta atmosfera. Em junho de 2025, eles lançaram o descendente mais direto do SpEED Demon, Sporadic-E ElectroDynamics, ou SEED, em camadas E esporádicas a partir do Atol de Kwajalein, nas Ilhas Marshall, estudando-as em latitudes mais baixas. Os artigos dessas missões estão sendo preparados.
Após anos de estudo, as camadas E esporádicas já não são tão imprevisíveis quanto antes. “Elas têm uma sazonalidade, com a maior ocorrência acontecendo no verão local”, disse Barjatya.
As perguntas sobre como e quando elas se formam estão se tornando cada vez mais detalhadas. A nova metodologia de sensores multiponto lançáveis em foguetes, juntamente com medições feitas em solo, provavelmente ajudará a completar ainda mais esse quadro. “A comunidade científica como um todo está agora nos estágios finais para compreender plenamente esses gigantescos espelhos de radiofrequência no céu”, disse Barjatya.
Por
Miles Hatfield
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.