Enquanto a maioria das pessoas só presencia, do chão, o estrondo do trovão e o clarão do relâmpago durante as tempestades, há muito mais acontecendo nas camadas altas da atmosfera - fora do alcance dos nossos olhos.
Bem acima das nuvens, no ar rarefeito a até cerca de 89 km de altitude, explodem “fogos de artifício” eléctricos intensamente coloridos, observados sobretudo por astronautas em órbita a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS).
Essas cenas rápidas - jatos azuis, sprites vermelhos, halos violetas, anéis ultravioleta - recebem, em conjunto, o nome de eventos luminosos transitórios (TLEs).
Durante décadas, eles escaparam a um estudo sistemático: apareciam apenas em relatos de pilotos e em alguma fotografia ocasional obtida por sorte.
A ISS mudou esse cenário ao oferecer um ponto de observação desimpedido acima das tempestades, onde câmaras e sensores especializados conseguem registar cada centelha que dura apenas um instante.
Aos poucos, os investigadores estão a perceber que o que ocorre nessa faixa “escondida” pode abalar transmissões de rádio, influenciar a segurança da aviação e até ajustar a química das regiões superiores da atmosfera.
Laboratório de tempestades fixado à ISS
O principal instrumento dessa vigilância do céu é o Monitor de Interações Atmosfera–Espaço (ASIM). Construído pela Agência Espacial Europeia (ESA), o ASIM está preso a uma plataforma externa da ISS desde 2018.
A missão é directa: observar a Terra e registar clarões menores do que uma unha e mais rápidos do que um batimento cardíaco.
As câmaras de alta velocidade e os fotómetros do monitor já entregaram mais do que os cientistas esperavam.
Os dados indicam que certos descarregamentos parecidos com relâmpagos, no topo de uma nuvem de tempestade, conseguem injectar energia electromagnética na ionosfera e acender um enorme anel de luz ultravioleta chamado ELVES.
Esses anéis podem aumentar a carga na ionosfera por centenas de quilómetros, com potencial para atrapalhar sinais de rádio de longa distância.
O ASIM também reuniu um catálogo de descargas de corona ultra-breves - surtos tão curtos que instrumentos em solo muitas vezes não conseguem detectar.
Ao cronometrar e analisar essas coronas, os investigadores começam a compreender como as regiões mais altas de uma nuvem “preparam o terreno” para o relâmpago completo.
O fenómeno estranho dos “sprites vermelhos”
Um fenómeno enigmático conhecido como “sprites vermelhos” surge ao acaso na mesosfera, ficando suspenso como uma água-viva de cabeça para baixo por apenas dez milissegundos. Já os jatos azuis disparam do topo das nuvens na direcção da estratosfera, com uma urgência silenciosa e inquietante.
Como ambos acontecem depressa e muito acima, captar detalhes era quase impossível. Ainda assim, o ASIM consegue identificá-los a partir da órbita.
Num estudo, imagens do ASIM foram combinadas com instrumentos em terra para determinar a altitude de um único jato azul. Isso confirmou que esses “raios para cima” realmente ultrapassam a camada meteorológica com a qual estamos habituados a lidar.
Essas medições alimentam directamente modelos de electrificação de tempestades e, em consequência, ajudam a orientar recomendações para a aviação sobre onde campos eléctricos perigosos podem estar presentes.
Tripulação da ISS regista sprites vermelhos a partir da órbita
A cúpula da ISS - a cúpula de observação com sete janelas, frequentemente vista em selfies de astronautas - também entrou para o conjunto de ferramentas científicas.
No âmbito da experiência Thor-Davis da ESA, tripulantes da ISS posicionam uma câmara de última geração atrás do vidro e filmam tempestades distantes a até cem mil fotogramas por segundo.
Os vídeos em câmara lenta resultantes expõem filamentos eléctricos a multiplicarem-se de formas que os livros didácticos nunca anteciparam.
Ao registar com nitidez a ramificação do relâmpago em fracções de segundo, o Thor-Davis permite que cientistas confrontem testes laboratoriais de plasma com eventos reais.
De forma mais prática, essas imagens podem, um dia, melhorar algoritmos que alertam operadores de redes eléctricas quando relâmpagos severos ameaçam linhas de transmissão.
Captar pulsos de relâmpago invisíveis
As tempestades de relâmpagos não se limitam ao espectro visível. Alguns raios desencadeiam flashes terrestres de raios gama, pulsos de radiação tão energéticos que podem banhar um avião, por instantes, numa dose equivalente à de uma radiografia do tórax.
Para mapear esses riscos invisíveis, a Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA), em parceria com universidades, lançou o Light-1 a partir da ISS.
Apesar de não ser maior do que um pão, o cubesat transporta detectores ajustados para fotões de alta energia.
Enquanto o Light-1 regista flashes sobre sistemas de tempestade na faixa equatorial, os investigadores planeiam alinhar os horários registados com redes globais de detecção de relâmpagos em terra.
Com o tempo, isso deve permitir a criação de um atlas tridimensional indicando onde os flashes de raios gama ocorrem com maior frequência.
Tempestades atrapalham sinais
À primeira vista, um sprite vermelho ou um anel ELVES pode parecer apenas uma curiosidade meteorológica - um “parente” distante das auroras, só que lá no alto.
No entanto, esses clarões explodem nas mesmas camadas carregadas que transportam ondas de rádio e retransmitem sinais para submarinos. Quando essas camadas são perturbadas, as comunicações podem enfraquecer ou falhar sem aviso.
Para companhias aéreas, saber quando e onde aparecem jatos azuis ou flashes de raios gama acrescenta mais uma dimensão ao planeamento de segurança em rotas polares ou equatoriais.
Os cientistas também olham para o clima. TLEs e descargas de corona redistribuem óxidos de azoto e outros compostos entre camadas atmosféricas, alterando a química do ozono e o balanço radiativo.
Ao incorporar essa mistura vertical em modelos climáticos, torna-se possível refinar previsões de aquecimento futuro.
Rastreadores de relâmpagos ganham novas capacidades
Com a ISS provavelmente em operação ao longo desta década, o ASIM e os seus sucessores continuarão a construir uma biblioteca de eventos de tempestade que antes eram invisíveis.
Engenheiros já imaginam detectores de nova geração capazes de disparar automaticamente, gravar ainda mais rápido e cobrir uma faixa espectral mais ampla - do rádio aos raios X duros.
Cubesats como o Light-1 podem expandir-se para uma frota, enviando alertas em tempo real a serviços meteorológicos e operadores de satélites sempre que um flash de raios gama ou um mega-sprite irromper.
Acima de tudo, a estação espacial reforça uma ideia simples: para compreender o tempo na Terra, por vezes é preciso observar de cima para baixo. A cada órbita, surgem mais alguns fotogramas desse filme oculto dos relâmpagos.
Esses registos aproximam-nos de prever - e talvez mitigar - as surpresas eléctricas que as tempestades lançam em direcção à fronteira do espaço.
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