Por Renato Dutra Pereira Filho
Bibliografia
The NEW Shortwave Propagation Handbook
By Geoger Jacobs, Theodore J. Cohen e Robert B. Rose
Dando prosseguimento a série de artigos sobre a propagação de ondas de rádio em HF, falaremos das variações típicas da ionosfera.
Graças à existência da dependência da ionosfera com a radiação solar, é evidente que mudanças na posição elativa entre Terra e Sol (rotação e translação), bem como mudanças nos padrões de radiação solar, irão influenciar como a ionosfera se comporta.
As variações “típicas”, e que podem ser relativamente preditas e antecipadas classificam-se nas seguintes categorias:
1 – Dia e Noite
2 – Sazonal (estação do ano)
3 – Geográfica
4 – Cíclica
VARIAÇÃO DIA E NOITE
A variação durante um dia, ou seja, as mudanças de hora a hora nas várias camadas da atmosfera, são causadas pela rotação da Terra ao redor do próprio eixo. Esta rotação não é somente responsável pelas variações na quantidade de luz solar alcançado a Terra, resultando em dia ou noite, mas também pela correspondente variação na intensidade da radiação ultravioleta que alcança a ionosfera em qualquer ponto. Durante as horas diurnas, quando a radiação ultravioleta alcança a atmosfera superior terrestre, a ionosfera pode tornar-se altamente ionizada com a separação em camadas; durante as horas de escuridão muito pouca radiação alcança a atmosfera superior no lado terrestre distante do Sol, logo a ionosfera perde densidade eletrônica e forma-se uma relativamente fraca e única camada.Como já mencionado, as variações diurnas nas camadas D,E e F1 apresentam um padrão regular que principalmente depende da elevação solar (ou seja, o ângulo de zênite solar). A ionização destas camadas aumenta a partir de níveis muito baixos a partir do nascer do sol, alcança o máximo à tarde, e então decresce até o pôr-do-sol.
A ionização na região F2 aumenta rapidamente ao nascer do sol. A máxima ionização é alcançada quando o Sol alcança seu zênite, ou o ponto mais alto no céu. A ionização então decresce, alcançando valores baixos durante a noite. A menor densidade eletrônica é encontrada logo antes do sol nascer e a queda observada na freqüência crítica é chamada depressão pré-nascer-do-sol.
Mas o que é freqüência crítica ?A freqüência crítica é a freqüência mais alta a partir da qual um eco é recebido quando um pulso de rádio é enviado verticalmente para a ionosfera. Mais adiante mostraremos que existe uma relação direta entre as freqüências usadas para comunicação entre dois pontos quaisquer (propagação oblíqua, quando comparada com a transmissão do pulso vertical) e a freqüência crítica. A camada F2 é a mais altamente ionizada das camadas normais com a característica de suportar a propagação em freqüências muito altas. Além disso, devido à lenta taxa de recombinação, ela permanece forte muitas horas depois do por do sol. Por esses motivos, a camada F2 é a mais importante para comunicações de longa distância em onda curta.
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A estrutura básica da Ionosfera e suas camadas e a interação com as ondas de rádio emitidas por um transmissor
VARIAÇÀO SAZONAL
Devido ao fato da posição de qualquer ponto na Terra modificar sua posição com relação ao Sol, a medida em que a Terra move-se em sua órbita ao redor Sol, então as propriedades da ionosfera também se modificam. Ionização da camada E comporta-se de maneira regular, sendo quase que totalmente dependente do ângulo do zênite solar. A ionização é muito mais forte no verão devido ao Sol estar mais “alto” no céu. Durante todos os meses de inverno a freqüência crítica da camada F1 varia de maneira semelhante a da camada E, dependendo da elevação Solar. Durante o inverno, a camada F1 se “funde” com a camada F2, e não pode ser identificada de forma separada, exceto nas regiões equatoriais.
O comportamento da camada F2 é mais complicado. Durante os meses de inverno no hemisfério norte, a atmosfera está mais fria, mas a Terra está mais próxima do Sol, e a ionização diurna é muito intensa; então as freqüências críticas são altas. Durante as longas horas de escuridão do inverno, por outro lado, a ionosfera tem mais tempo para perder sua carga elétrica, e as freqüências críticas descem para valores muito baixos.
No verão um efeito de aquecimento ocorre na camada F2, causando a expansão durante as horas diurnas e resultando em uma densidade de ionização mais que a observada durante o inverno. Em resultado, as freqüências críticas são menores que os valores de inverno. Por outro lado, graças as longos períodos diurnos do verão, a recombinação não ocorre na mesma extensão que ocorre no inverno. Em resultado, as freqüências críticas noturnas da camada F2 são maiores do que aquelas observadas durante os meses de inverno. A variação entre as freqüências críticas diurna e noturna, durante o verão, são menores do que durante o inverno.
VARIAÇÃO GEOGRÁFICA
A intensidade de radiação ionizante que chega até a ionosfera varia conforme a latitude, sendo consideravelmente maior em regiões equatoriais, onde o Sol está mais diretamente perpendicular do que em latitudes altas. Freqüências críticas para as regiões E e F1 variam diretamente com a elevação solar, sendo altas em regiões equatoriais e decrescendo proporcionalmente para norte e sul com a latitude. As variações da camada F2 com a latitude são mais complexas. Isto ocorre provavelmente devido à ionização de outras fontes. Existem evidências de que o campo magnético terrestre exerce uma importante influência. No grau de ionização da camada F2.
Apesar de complexa, a freqüência crítica da camada F2 segue um padrão geral de começar alta em regiões equatoriais e diminuir conforme o aumento da latitude.
Apesar de não ser complexa quanto à variação de latitude, a ionização da camada F2 também difere ao longo dos meridianos (com a longitude) ao longo do mesmo tempo local e ao longo da mesma latitude. Muito dessa variação é
creditada a influência do campo magnético terrestre. As freqüências críticas são geralmente maiores na região Asiática e Australásia que aquela da Europa, África e hemisfério ocidental.
VARIAÇÃO CÍCLICA
Se fossem somente as variações diurnas e sazonais os fatores que influenciam o comportamento ionosférico, o padrão de freqüência crítico em longo prazo seria bem determinado, com valores sazonais repetindo-se de ano para ano na mesma localização geográfica. Infelizmente, isso não ocorre. Há também uma variação cíclica, de aproximadamente 11 anos de duração, que é o fator mais importante a afetar a ionosfera. Esta variação depende do nível de atividade das manchas solares, a qual está constantemente variando, durante o transcorrer do ciclo de 11 anos.
Futuramente avaliaremos exclusivamente essa influência.
* Artigo publicado no Boletim @tividade DX produzido pelo DX Clube do Brasil
