Estudos estatísticos da variação dos parâmetros ionosféricos e sua relação com eventos do clima espacial

Resumo

O Programa de Pesquisa de Observação e Previsão da Cintilação (SPORT) é uma missão de colaboração internacional que irá avançar a nossa compreensão da natureza e evolução das estruturas ionosféricas em torno do pôr do sol para melhorar as predições dos distúrbios que afetam a propagação de sinais de rádio e de telecomunicação. A estruturação na densidade do número de partículas carregadas na ionosfera equatorial pode causar um profundo impacto na fidelidade dos sinais HF, VHF e UHF que são utilizados na comunicação e na navegação solo a solo e espaço a solo. O grau em que estes sistemas podem ser comprometidos depende em grande parte da distribuição espacial das regiões estruturadas da ionosfera e do plano de fundo de densidade de plasma em que elas são imersas. Estruturas são criadas abaixo da camada da ionosfera conhecida como região F, na qual elas podem ficar residentes na maior parte do tempo durante a noite. No entanto, se houver condições que permitam a penetração das regiões estruturadas na parte inferior da região F, passando pelo centro e ultrapassando o limite superior da camada, então as estruturas de plasma podem ser de suficiente magnitude para criar perturbações significativas no caminho de propagação dos sinais de rádio, assim como produzir mudanças na fase e na amplitude do sinal, o que é conhecido como cintilação. As condições intrínsecas da ionosfera são convenientemente descritas por perfis de latitude da densidade de plasma em altitudes quase constantes, que descrevem os efeitos de movimentos ExB e ventos neutros. Por outro lado, o aparecimento e o crescimento da estrutura de plasma requer observações casadas do solo e, ao menos, uma longitude fixada. Estes objetivos serão atendidos por uma combinação única de observação por satélites em órbita quase circular de média inclinação e uma extensa operação de observação de estações baseadas no solo a partir da América do Sul próximas ao Equador Magnético. Nossa proposta de missão produzirá um conjunto coordenado de medidas de altura e densidade do pico F, assim como de movimentos verticais de plasma e densidade de plasma na região local de tempo de 1500 a 2400 sobre uma latitude magnética variando de +/-30°. O advento de derivações confiáveis de densidade e altura do pico F dos receptores de rádio ocultação permite que estes parâmetros, que são funções sensitivas do movimento do plasma vertical, possam ser especificados por um satélite orbitando em uma ampla faixa no tempo local e em longitudes próximas ao equador. Acoplados com medidas in-situ do movimento do plasma e de sua densidade é possível acoplar os comportamentos locais e regionais descritos por estas fontes de dados utilizando conexões físicas bem estabelecidas assim como novas técnicas de aprendizado de máquinas. Com o SPORT nós propomos fazer este estudo utilizando a carga útil de um simples cubesat composta dos seguintes instrumentos: sonda Langmuir e de impedância, medidor de movimento, radio ocultação e magnetômetro. A missão proporcionará uma colaboração muito forte com a NASA (Marshall Space Flight Center), a Universidade Estadual de Utah (USU) e a Universidade do Alabama em Huntsville (UAH) e o INPE. Os instrumentos propostos serão integrados a uma plataforma 6U do ITA (baseada no ITASAT) que será lançada da Estação Espacial Internacional (ISS). A proposta cobrirá o reprojeto, fabricação, montagem, integração e testes da plataforma 6U e sua equipe, o |Laboratório de Física do ITA, e o suporte a atividades conjuntas para atender os componentes desenvolvidos pelo contingente americano da NASA, USU e UAH, assim como do INPE, o qual incluirá a engenharia de sistemas e gerenciamento da missão, a operação da missão, a pré-integração e pré-testes das cargas úteis, a definição das cargas úteis e a coleta, redução e disseminação dos dados coletados. Adicionalmente, será disponibilizado o acesso a uma extensa rede de observação da ionosfera em solo operada pelo INPE em diferentes localidades no Brasil.