Tempestades magnéticas que ocorreram em novembro de 2004

Entre os dias 1 e 10 de novembro de 2004 o Sol estava muito ativo sendo detectados vários flares solares e CMEs durante um curto período de tempo (TRICHTCHENKO et al., 2007). Durante o período de 7-11 de novembro foram observadas duas supertempestades geomagnéticas (considerando Dstmin < -250 nT

condição para supertempestade) uma com Dstmin = -373 nT em 8 de novembro as 07:00

UT e outra com Dstmin = -289 nT em 10 de novembro entre as 10:00 e 11:00 UT e uma

tempestade intensa com Dstmin = -223 nT em 9 de novembro as 22:00 UT. A Figura 4.4

mostra as variações dos índices geomagnéticos Kp, Dst e AE para o período de 7 até 11 de novembro de 2004. Os quatro inícios súbitos da tempestade (SSCs) são indicados pelas setas verticais.

0 3 6

9 8 NOV 2004 9 NOV 2004 10 NOV 2004 11 NOV 2004

Kp 7 NOV 2004 -400 -300 -200 -100 0 100 D s t (n T ) 09:31

TEMPO UNIVERSAL (UT)

3500 2500 1500 500 18:28 10:52 02:56 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 AE ( n T ) 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 24

Figura 4.4: Variações dos índices geomagnéticos Kp, Dst e AE para o período de 7 até 11 de novembro de 2004. As setas verticais indicam os horários que ocorreram os SSCs.

A Figura 4.4 mostra que nos dias 7 – 8 de novembro de 2004 entre as 23:00 e 01:00 UT o índice Dst estava decrescendo rapidamente, 52 nT/hora. Como é discutido por Wyagant et al., 1998; Basu et al., 2001; Basu et al., 2005, esta rápida diminuição no índice Dst gera a condição apropriada para a penetração pontual do campo elétrico de origem magnetosférica para a região equatorial. A Figura 4.4 também mostra aumento no índice AE a partir do dia 7 de novembro de 2004, que indica aquecimento e geração de ventos termosféricos perturbados na região auroral, de modo que estes ventos levam em média aproximadamente entre 7 e 9 horas para atingir as regiões de baixas latitudes e equatoriais.

A Figura 4.5 mostra as variações do parâmetro ionosférico h´F em função do UT observado em MAN e SJC, abaixo e acima respectivamente, durante os 6-7, 7-8, 8-9, 9- 10 e 10-11 de novembro de 2004, entre os horários de 18:00 às 12:00 UT . A fim de realizar comparações entre o períodos perturbado e calmo a Figura 4.5 apresenta a média de h´F para dias calmos 2, 5, 6, 15, 18 e 19 de novembro (3 dias antes e 3 dias depois do evento). As linhas vermelhas representam a média de h´F e a media ± desvio padrão de h´F. Pode-se mencionar que a noite de 6-7 de novembro de 2004 é considerada geomagneticamente calma.

200 300 400 500

600 07-08 NOV 2004 08-09 NOV 2004 09-10 NOV 2004 10-11 NOV 2004

h´ F ( K m ) 06-07 NOV 2004 MAN F R SPR EA D - F 200 300 400 500 600 h´F ( K m ) SJC 18 22 2 6 10 12 18 22 2 6 10 18 22 2 6 10 18 22 2 6 10 10:52 02:56 18 22 2 6 10 18:28 UT 09:31

Figura 4.5: Variações da base da camada F (h’F) ionosférica observadas em MAN e SJC, entre as 18:00 e 12:00 UT dos dias 6- 7, 7- 8, 8-9, 9-10 e 10-11 de novembro de 2004. Também é apresentado nas linhas em vermelho a média de h´F para os dias calmos (3 dias antes e 3 dias depois do evento) e a média ± desvio padrão do h´F.

A Figura 4.6 apresenta uma outra forma de visualizar a variação diurna da altura da camada F. O gráfico do tipo isofreqüência (variações das alturas virtuais para as freqüências 3, 4, 5, 6, 7, 8 MHz) nos dias 06, 07 e 08 de novembro de 2004 obtidos em MAN e SJC. Note que este tipo de gráfico apresenta com maior riqueza as variações de altura que ocorreram na camada F comparada com a variação do h´F.

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Figura 4.6: Variações da altura virtual através de seis freqüências diferentes (isofreqüência) observadas em MAN e SJC em função do UT nos dia 06,07 e 08 de novembro de 2004.

Estudos anteriores mostraram que no setor brasileiro, durante os meses de novembro até fevereiro, normalmente ocorre uma forte formação de irregularidades ionosféricas equatoriais de grande escala (bolha de plasma) (SAHAI et al. 2000). Portanto, o período analisado entre 6 e 8 de novembro ocorre durante a alta temporada de geração bolhas de plasma. Neste sentido é importante conhecer como a geração de bolhas de plasma é afetada por tempestades geomagnéticas.

Observando a Figura 4.5 nota-se que em MAN, nas noites de 06-07 (geomagneticamente calmo), 07-08 e 08-09 (geomagneticamente perturbado), no horário de pôr-do-sol ocorreu elevação da camada F (h´F) acompanhando as variações observadas nos dias calmos (em vermelho). No início destas noites observa-se a ocorrência de ESF em MAN e SJC. Deve-se mencionar que em MAN, no início das noites de 6-7, 7-8 e 8-9 (aproximadamente entre as 23:00 e 02:00 UT), depois da rápida subida (elevação ou deriva vertical) da camada F e a indicação de ESF, não foram observados ionogramas e que depois desse período existe novamente a indicação da ocorrência de ESF.

As Figuras 4.5 e 4.6 mostram a rápida subida da camada F em MAN e SJC na noite de 07-08 de novembro de 2004, por volta das 23:00 UT, indicando a penetração do campo elétrico de origem magnetosférica, provavelmente relacionado com a rápida diminuição do índice Dst (veja a Figura 4.4). Em SJC durante a maior parte da noite de 07-08 de novembro de 2004, a camada F apresentou forte oscilação, indicando a presença de distúrbios ionosféricos viajantes “traveling ionospheric disturbances (TIDs)”, associados com os ventos termosféricos perturbados gerados pelo aquecimento Joule na zona auroral, evidenciado pelo grande aumento do índice eletrojato auroral (AE) durante várias horas antes da ocorrência das oscilações. Entretanto, as observações em MAN não mostram os TIDs devido a localização norte do equador magnético e baixo ângulo dip.

A Figura 4.5 também mostra que em MAN, durante as noites de 9-10 e 10-11 no horário de pôr-do-sol, a camada F não acompanhou as variações dos dias calmos, indicando que a subida da camada F foi inibida pelo efeito da tempestade geomagnética. Como foi discutido por Abdu (1997) o vento termosférico perturbado gerado a partir do aquecimento Joule na região auroral causa inibição no aumento do pico pré-reverso. Portanto, as inibições na altura (h´F) da camada F durante a hora do pôr-do-sol nos dias 09 e 10 de novembro de 2004 estão possivelmente associadas com os ventos termosféricos perturbados. Mas nas noites de 09-10 e 10-11 em MAN ocorreu a subida da camada F as 02:00 UT e 22:00 UT respectivamente. A rápida subida da camada F em MAN no dia 09-10 é provavelmente causada pela penetração pontual do campo elétrico. Como esse fenômeno é um efeito global, as grandes variações neste mesmo horário em SJC no dia 09-10 também apresenta a subida da camada F devido a campo elétrico. A subida da camada F no dia 10-11 é mais lenta comparada com o dia 09-10 e provavelmente é causada pelo campo elétrico gerado pelo vento termosférico perturbado. Pode-se mencionar que depois da subida da camada F nos dias 09-10 e 10- 11 ocorre geração de irregularidade ionosférica equatorial. Uma vez que as irregularidades ionosféricas equatoriais não foram observadas nessas noites em SJC, significa que não foram geradas bolhas de plasmas e as irregularidades ficaram limitadas na região equatorial (WHALEN, 2002).

No entanto, as variações em h´F em SJC mostram grandes oscilações nas noites de 07-08, 08-09, 09-10 e 10-11. As oscilações na noite de 07-08 começaram às 22:00 UT, aproximadamente mais de 6 horas depois do aumento observado no índice AE. Contudo, essas oscilações observadas em SJC durante as noites perturbadas entre 07 e

11 de novembro de 2004 são geradas, possivelmente, pelos ventos termosféricos perturbados em combinação as vezes com o campo elétrico pontual.

A Figura 4.7 mostra as variações da freqüência crítica da camada F (foF2) em função do UT observadas em MAN e SJC, entre as 18:00 e 12 UT de 6- 7, 7- 8, 8-9, 9- 10 e 10-11 de novembro de 2004. Também são apresentados, através das linhas em vermelho, a média e a média ± desvio padrão das observações dos dias calmos 2, 5, 6, 15, 18 e 19 (3 dias antes e 3 dias depois do evento).

0 3 6 9 12 15 18 MAN fo F 2 ( M H z ) 10-11 NOV 2004 09-10 NOV 2004 08-09 NOV 2004 07-08 NOV 2004 fo F 2 ( M H z ) SJC 10:52 02:56 18:28 09:31 0 3 6 9 12 15 18 10:52 02:56 15 19 23 3 7 9 15 19 23 3 7 15 19 23 3 7 15 19 23 3 7 1 19 23 3 18 22 2 6 10 12 18 22 2 6 10 18 22 2 6 10 18 22 2 6 10 18 22 2 6 10 LT UT F R SPR EAD - F 18:28 09:31 06-07 NOV 2004

Figura 4.7: Variações do parâmetro ionosféricos foF2 em função do UT observadas em MAN e SJC, entre as 18:00 e 12:00 UT dos dias 6- 7, 7- 8, 8-9, 9-10 e 10-11 de novembro de 2004. As linhas em vermelho representam a média e a média ± desvio padrão das observações dos dias calmos 2, 5, 6, 15, 18 e 19 (3 dias antes e 3 dias depois do evento).

Os efeitos da tempestade geomagnética sobre a freqüência crítica da camada F (foF2) são normalmente estudados em termos da fase positiva e negativa da tempestade, como já foi apresentado nas seções anteriores. Danilov e Marozova (1985) indicam que a fase negativa é devida ao aquecimento Joule na região auroral, que resulta no decréscimo na razão de O/N2, que corresponde à diminuição na densidade eletrônica

(foF2), enquanto a fase positiva é gerada pela combinação de vários mecanismos. Vários investigadores estudaram as fases positivas e negativas (RUSTER e KING, 1976; TANAKA, 1979; PROLSS, 1993). Tanaka (1979) investigou a variação do foF2 ao redor do mundo utilizando informações de 42 estações com ionossondas para

analisar o período de 15-18 de junho de 1965, a fim de estudar as ocorrências das tempestades ionosféricas positivas ao redor do mundo. Tanaka (1979) relata que um dos mecanismos para fase positiva observada na região equatorial é atribuído à circulação dos ventos termosféricos, pois a tempestade equatorial positiva é observada depois da fase negativa. O segundo mecanismo mencionado por Tanaka (1979) é referente ao aumento no foF2 durante o entardecer. Pode se mencionar que a Figura 4.7 para MAN mostra grandes aumentos no foF2 durante o entardecer nos dias 08-09 e 09-10. Estes aumentos no foF2 estão talvez relacionados ao segundo mecanismo indicado por Tanaka (1979).

A Figura 4.7 mostra que em SJC nos dias 09-10 entre as 08:00 e 12:00 UT e 10- 11 entre as 18:00 e 08:00 UT, ocorre uma forte diminuição no foF2, comparado com as variações dos dias calmos, indicando a fase negativa da tempestade. Pode-se mencionar que as variações em foF2 em MAN não apresentam essa característica da fase negativa, possivelmente porque as duas estações estão localizadas em hemisférios magnéticos opostos. Como discutido anteriormente, a fase negativa da tempestade indica a mudança na composição (O/N2). As diferenças observadas referentes às variações no foF2 em

MAN e SJC estão possivelmente associadas com a tempestade negativa assimétrica “assimetric negative storm”, devido à diferença no aquecimento Joule nas regiões aurorais no hemisfério norte e sul.