Jatos misteriosos de relâmpagos invertidos são reais, e temos agora nossas melhores observações

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Uma série de imagens mostrando um jato acima de uma tempestade em Oklahoma, EUA, em 2018. (Créditos: Chris Holmes)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Uma das forças mais poderosas e fascinantes da natureza nasce das tempestades: grandes rachaduras de luz que partem o céu, lançando grandes quantidades de eletricidade na atmosfera circundante, rachando também o solo sempre que o atinge.

Ou é assim que normalmente pensamos que são os  elâmpagos.

Mas o fenômeno tem outra manifestação, revelada apenas recentemente: às vezes, ele irrompe das nuvens, atingindo a estratosfera em um tremendo ‘jato’ azul de eletricidade.

Pouco se sabe sobre esse fenômeno; é imprevisível e ocorre além da vista da maioria das pessoas, acima de uma camada de nuvens de tempestade.

Mas, graças a um cientista cidadão, um desses jatos gigantes foi registrado acima das nuvens durante uma tempestade em Oklahoma em 2018 – e, com dados coletados por outros instrumentos, os cientistas conseguiram estudá-lo detalhadamente em três dimensões.

O resultado nos dá novos detalhes sobre esse estranho fenômeno, que deve contribuir para uma melhor compreensão de como e por que isso acontece.

“Conseguimos mapear este jato gigantesco em três dimensões com dados de alta qualidade”, disse o físico e engenheiro Levi Boggs, do Instituto de Tecnologia da Geórgia.

“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 de maior descarga estava localizada acima da nuvem.”

Capturado em uma câmera Watec com pouca luz na noite de 14 de maio de 2018, o jato relâmpago era enorme: uma enorme descarga que era claramente visível nas imagens capturadas.

Quando Boggs soube da filmagem, ele imediatamente procurou dados de outros instrumentos que pudessem ter capturado o evento. E, depois disso, só tivemos felicidade.

O jato estava ao alcance e havia sido registrado por um sistema de mapeamento de raios de VHF nas proximidades chamado Lightning Mapping Array, dois instrumentos do Radar Meteorológico da Próxima Geração da NCEI (NEXRAD, na sigla em inglês) e instrumentos no Satélite Ambiental Operacional Geoestacionário (GOES, na sigla em inglês) da NOAA.

Essa riqueza de dados fez com que Boggs e seus colegas pudessem realizar uma análise aprofundada reconstruindo as complexidades do parafuso.

“O fato do 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 o físico e engenheiro Doug Mach, da Associação das Universidades pela Pesquisa Espacial (USRA, na sigla em inglês).

“Mais importante, esta é provavelmente a primeira vez que um jato gigantesco foi mapeado tridimensionalmente acima das nuvens com o conjunto de instrumentos do Mapeador Geoestacionário de Raios (GLM, na sigla em inglês)”.

Os dados revelaram que o jato era, realmente, um colosso. Ele se propagou de nuvens com uma altitude máxima de cerca de 8 quilômetros para altitudes cerca de dez vezes essa altura – quase até a linha de Kármán, onde termina a atmosfera da Terra e começa o espaço sideral.

Ao fazê-lo, transportou cerca de 300 coulombs de carga elétrica para a atmosfera superior; um relâmpago típico nuvem-nuvem ou nuvem-solo transporta apenas cerca de 5 coulombs.

A equipe também conseguiu verificar que os “líderes” – os canais de ar ionizado ao longo dos quais a descarga do raio pode ser vista – estavam extremamente quentes, acima de 4.700 graus Celsius. Enquanto isso, as correntes de plasma menores eram significativamente mais frias, em torno de 200 graus Celsius.

Esses correntes começaram a se propagar logo acima do topo da nuvem, descobriu a equipe, viajando para a ionosfera inferior, a uma altitude de cerca de 80 quilômetros. Isso cria uma conexão elétrica entre os topos das nuvens e a ionosfera, transferindo uma carga negativa a uma taxa de milhares de amperes por segundo.

Os diferentes instrumentos revelaram que o componente óptico do jato permaneceu relativamente próximo ao topo da nuvem, a uma altitude de 15 a 20 quilômetros. A emissão de VHF, no entanto, foi detectada muito mais alta, em altitudes de 22 a 45 quilômetros.

“Os sinais de VHF e ópticos confirmaram definitivamente o que os pesquisadores suspeitavam, mas ainda não provaram, que o rádio de VHF do relâmpago é emitido por pequenas estruturas chamadas correntes que estão na ponta do relâmpago em desenvolvimento, enquanto a corrente elétrica mais forte flui significativamente por trás dessa ponta em um canal eletricamente condutor chamado de líder”, disse o engenheiro Steve Cummer, da Universidade Duke, nos EUA.

No entanto, muitas perguntas ainda permanecem. Ainda não está claro por que os jatos disparam para cima quando a maioria dos raios é direcionada para baixo ou para os lados. Os pesquisadores acreditam que pode haver algo bloqueando o raio de viajar para baixo ou em direção a outras nuvens.

Embora a tempestade de Oklahoma não fosse o tipo usual associado a jatos, pois ocorreu em altas latitudes, e não nos trópicos, e ocorreu em uma época incomum do ano, ela pode fornecer uma pista aqui. Muito pouco relâmpago descendente foi observado antes do lançamento do jato gigante.

“Por qualquer motivo, geralmente há uma supressão de descargas nuvem-solo”, explicou 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 negativa excessiva na nuvem.”

Vamos esperar que futuros jatos contenham as respostas.

A pesquisa foi publicada na Science Advances.