No auge de uma tempestade, as pontas das torres de celular, postes telefa´nicos e outras estruturas altas e eletricamente condutoras podem emitir espontaneamente um flash de luz azul. Este brilho elanãtrico, conhecido como descarga corona, éproduzido quando o ar ao redor de um objeto condutor ébrevemente ionizado por um ambiente eletricamente carregado.

Durante séculos, os marinheiros observaram descargas de corona nas pontas dos mastros dos navios durante as tempestades no mar. Eles cunharam o fena´meno do fogo de Santo Elmo, em homenagem ao padroeiro dos marinheiros.

Os cientistas descobriram que uma descarga corona pode se fortalecer em condições de vento, brilhando com mais intensidade a  medida que o vento eletrifica ainda mais o ar. Essa intensificação induzida pelo vento foi observada principalmente em estruturas aterradas eletricamente, como a¡rvores e torres. Agora, os engenheiros aeroespaciais do MIT descobriram que o vento tem um efeito oposto em objetos não aterrados, como aviaµes e algumas pa¡s de turbinas ea³licas.

Em alguns dos últimos experimentos realizados no taºnel de vento Wright Brothers do MIT antes de ser desmontado em 2019, os pesquisadores expuseram um modelo eletricamente não aterrado de uma asa de avia£o a rajadas de vento cada vez mais fortes. Eles descobriram que quanto mais forte o vento, mais fraca a descarga de corona e mais taªnue o brilho produzido.

Os resultados da equipe aparecem no Journal of Geophysical Research: Atmospheres. A autora principal do estudo éCarmen Guerra-Garcia, professora assistente de aerona¡utica e astrona¡utica do MIT. Seus co-autores no MIT são Ngoc Cuong Nguyen, um cientista pesquisador saªnior; Theodore Mouratidis, um estudante de graduação; e Manuel Martinez-Sanchez, professor pa³s-mandato de aerona¡utica e astrona¡utica.

Dentro de uma nuvem de tempestade, o atrito pode se acumular para produzir elanãtrons extras, criando um campo elanãtrico que pode atingir todo o solo. Se esse campo for forte o suficiente, ele pode quebrar as moléculas de ar circundantes, transformando o ar neutro em um gás carregado, ou plasma. Este processo ocorre mais frequentemente em torno de objetos condutores afiados, como torres de células e pontas de asas, já que essas estruturas pontiagudas tendem a concentrar o campo elanãtrico de forma que os elanãtrons são puxados das moléculas de ar circundantes em direção a s estruturas pontiagudas, deixando para trás um vanãu de positividade plasma carregado imediatamente ao redor do objeto pontiagudo.

Depois que o plasma se forma, as moléculas dentro dele podem comea§ar a brilhar por meio do processo de descarga corona, onde o excesso de elanãtrons no campo elanãtrico faz um pingue-pongue contra as molanãculas, levando-as a estados de excitação. Para descer desses estados excitados, as moléculas emitem um fa³ton de energia, em um comprimento de onda que, para o oxigaªnio e o nitrogaªnio, corresponde ao brilho azulado caractera­stico do fogo de Santo Elmo.

Em experimentos de laboratório anteriores, os cientistas descobriram que esse brilho e a energia de uma descarga corona podem se fortalecer na presença do vento. Uma rajada forte pode essencialmente soprar para longe os a­ons carregados positivamente, que estavam protegendo localmente o campo elanãtrico e reduzindo seu efeito - tornando mais fa¡cil para os elanãtrons dispararem um brilho mais forte e brilhante.

Esses experimentos foram realizados principalmente com estruturas aterradas eletricamente, e a equipe do MIT questionou se o vento teria o mesmo efeito de fortalecimento em uma descarga de corona produzida em torno de um objeto pontiagudo não aterrado, como uma asa de avia£o.

Para testar essa ideia, eles fabricaram uma estrutura de asa simples de madeira e enrolaram a asa em papel aluma­nio para torna¡-la eletricamente condutora. Em vez de tentar produzir um campo elanãtrico ambiente semelhante ao que seria gerado em uma tempestade, a equipe estudou uma configuração alternativa em que a descarga corona foi gerada em um fio de metal paralelo ao comprimento da asa, e conectando um pequeno alto - fonte de alimentação de tensão entre o fio e a asa. Eles fixaram a asa a um pedestal feito de um material isolante que, por sua natureza não condutiva, essencialmente fez a própria asa suspensa eletricamente, ou não aterrada.

A equipe colocou toda a configuração no taºnel de vento Wright Brothers do MIT e o sujeitou a velocidades de vento cada vez mais altas, de até50 metros por segundo, pois também variavam a quantidade de voltagem aplicada ao fio. Durante esses testes, eles mediram a quantidade de carga elanãtrica acumulada na asa, a corrente da corona e também usaram uma ca¢mera ultravioleta para observar o brilho da descarga da corona no fio.

No final, eles descobriram que a força da descarga corona e seu brilho resultante diminua­am com o aumento do vento - um efeito surpreendente e oposto ao que os cientistas observaram para o vento atuando em estruturas aterradas.

A equipe desenvolveu simulações numanãricas para tentar explicar o efeito e descobriu que, para estruturas não aterradas, o processo émuito semelhante ao que acontece com objetos aterrados - mas com algo extra.

Em ambos os casos, o vento estãosoprando para longe os a­ons positivos gerados pela corona, deixando para trás um campo mais forte no ar circundante. Para estruturas não aterradas, no entanto, por serem eletricamente isoladas, elas se tornam mais carregadas negativamente. Isso resulta em um enfraquecimento da descarga corona positiva. A quantidade de carga negativa que a asa retanãm édefinida pelos efeitos concorrentes de a­ons positivos soprados pelo vento e aqueles atraa­dos e puxados para trás como resultado da excursão negativa. Este efeito secunda¡rio, os pesquisadores descobriram, atua para enfraquecer o campo elanãtrico local, bem como o brilho elanãtrico da descarga corona.

“A descarga corona éo primeiro esta¡gio do raio em geral”, diz Guerra-Garcia. “Como a descarga corona se comporta éimportante e meio que define o cena¡rio para o que pode acontecer a seguir em termos de eletrificação.”

Em voo, aeronaves como aviaµes e helica³pteros produzem vento inerentemente, e um sistema de corona luminosa como o testado no taºnel de vento poderia realmente ser usado para controlar a carga elanãtrica do vea­culo. Conectando-se a algum trabalho anterior da equipe, ela e seus colegas mostraram anteriormente que se um avia£o pudesse ser carregado negativamente, de forma controlada, o risco do avia£o de ser atingido por um raio poderia ser reduzido. Os novos resultados mostram que a carga de uma aeronave em va´o para valores negativos pode ser alcana§ada usando uma descarga de coroa positiva controlada.

'' O que éinteressante sobre este estudo éque, ao tentar demonstrar que a carga elanãtrica de uma aeronave pode ser controlada usando uma descarga corona, descobrimos que as teorias cla¡ssicas de descarga corona no vento não se aplicam a plataformas aanãreas, que são isolados eletricamente de seu ambiente ”, diz Guerra-Garcia. “A pane elanãtrica que ocorre em aeronaves realmente apresenta algumas caracteri­sticas únicas que não permitem a extrapolação direta de estudos de solo.”