Balaµes gigantes lana§ados na estratosfera para transmitir servia§os de Internet para a Terra tem ajudado os cientistas a medir minaºsculas ondulações em nossa atmosfera superior, revelando padraµes que podem melhorar as previsaµes meteorola³gicas e os modelos clima¡ticos.

As ondulações, conhecidas como ondas de gravidade ou ondas de flutuabilidade, surgem quando bolhas de ar são forçadas para cima e então puxadas para baixo pela gravidade. Imagine uma porção de ar que corre sobre as montanhas, mergulha em vales frios, navega pela terra e pelo mar e ricocheteia nas tempestades crescentes, subindo e descendo entre camadas de atmosfera esta¡vel em um grande cabo de guerra entre a flutuabilidade e a gravidade. Uma única onda pode viajar por milhares de quila´metros, levando impulso e calor ao longo do caminho.

Embora menos conhecidas do que as ondas gravitacionais - ondulações na estrutura do Espaço-tempo - as ondas gravitacionais atmosfanãricas são onipresentes e poderosas, disse o cientista atmosfanãrico da Universidade de Stanford Aditi Sheshadri , autor saªnior de um novo estudo que detalha asmudanças nas ondas gravitacionais de alta frequência ao longo das estações e latitudes . Eles causam parte da turbulaªncia sentida em aviaµes voando em canãu claro e tem uma forte influaªncia em como as tempestades ocorrem noníveldo solo.

Publicada em 30 de agosto no Journal of Geophysical Research: Atmospheres , a nova pesquisa baseia-se em dados de balaµes de superpressão da empresa Loon LLC, que projetou os balaµes para fornecer acesso a  Internet em áreas mal servidas por torres de celular ou cabos de fibra a³ptica. Saindo da empresa controladora do Google, Alphabet, em 2018, Loon enviou milhares de balaµes carregados de sensores para navegar a 12 milhas na estratosfera - bem acima da altitude dos aviaµes comerciais e da maioria das nuvens - por 100 dias ou mais em um trecho.

“Foi uma sorte muito, porque eles não estavam coletando dados para nenhuma missão cienta­fica. Mas, por acaso, eles estavam medindo a posição, a temperatura e a pressão ”, disse Sheshadri, que éprofessor assistente de ciência do sistema terrestre na Escola de Ciências da Terra, Energia e Ambientais de Stanford (Stanford Earth).

Os pesquisadores calcularam os movimentos das ondas gravitacionais a partir de dados que os balaµes coletaram em 6.811 períodos separados de 48 horas de 2014 a 2018. “Montar uma campanha cienta­fica equivalente seria terrivelmente caro. Com os dados do Loon, a análise émais complicada porque a coleta de dados foi acidental, mas tem uma cobertura quase global ”, disse Sheshadri.

As ondas gravitacionais são uma parte importante da dina¢mica atmosfanãrica. “Eles ajudam a impulsionar a circulação geral da atmosfera, mas algumas ondas gravitacionais são muito pequenas e frequentes para serem observadas com satanãlites”, disse o principal autor do estudo, Erik Lindgren, que trabalhou na pesquisa como pa³s-doutorado no laboratório de Sheshadri . “Estas são as ondas gravitacionais nas quais nos concentramos neste estudo.” Estudos anteriores usando balaµes atmosfanãricos para rastrear ondas de gravidade de alta frequência geralmente incorporaram dados de não mais do que algumas dezenas de voos de bala£o, cobrindo áreas menores e menos temporadas.

Os dados do Loon provaram ser particularmente valiosos para o ca¡lculo de ondas de gravidade de alta frequência, que podem subir e descer centenas de vezes por dia, em distâncias que variam de algumas centenas de panãs a centenas de quila´metros. “Eles são minaºsculos e mudam em escalas de tempo de minutos. Mas em um sentido integrado, eles afetam, por exemplo, o ora§amento de impulso da corrente de jato, que éessa coisa em grande escala planeta¡ria que interage com tempestades e desempenha um papel importante na definição de seu curso ”, disse Sheshadri.

As ondas gravitacionais também influenciam o va³rtice polar, um redemoinho de ar frio que geralmente paira sobre o Pa³lo Norte e pode causar um frio extremo em partes da Europa e nos Estados Unidos por meses a fio. E eles interagem com a oscilação quase bienal , na qual, aproximadamente a cada 14 meses, o cintura£o de ventos soprando alto sobre o equador inverte a direção - com grandes impactos na destruição da camada de oza´nio e no clima dasuperfÍcie muito além dos tra³picos.

Como resultado, entender as ondas gravitacionais éfundamental para melhorar as previsaµes meteorola³gicas em escala regional, especialmente porque o aquecimento global continua a perturbar os padraµes hista³ricos. “Acertar as ondas gravitacionais ajudaria a restringir as respostas da circulação a smudanças climáticas, como a quantidade de chuva que vai chover em um determinado local, o número de tempestades - coisas dina¢micas como vento, chuva e neve”, disse Sheshadri.

Os modelos clima¡ticos atuais estimam os efeitos das ondas de gravidade de alta frequência na circulação em uma espanãcie de caixa preta, com poucas restrições de observações do mundo real ou aplicação do conhecimento existente limitado dos processos fa­sicos em jogo. “Atéagora, não estava totalmente claro como essas ondas se comportavam em diferentes regiaµes ou ao longo das estações em frequências muito altas ou escalas pequenas”, disse Lindgren.

Sheshadri e seus colegas se concentraram na energia associada a s ondas de gravidade de alta frequência em diferentes escalas de tempo e em como essa energia varia entre as estações e latitudes. Eles descobriram que essas ondas são maiores e acumulam mais energia cinanãtica nos tra³picos e durante o vera£o; ondas menores se movendo com menos energia são mais comuns perto dos pa³los e durante o inverno. Eles também encontraram ondas gravitacionais mudando em sincronia com as fases da oscilação quase bienal. “Na³s descobrimosmudanças distintas na atividade das ondas gravitacionais em diferentes anãpocas do ano e em diferentes partes do globo”, disse Lindgren. “Exatamente por que não estãoclaro.”

Em pesquisas futuras, Sheshadri visa identificar quais fontes de ondas gravitacionais são responsa¡veis ​​por essas diferenças e extrapolar as amplitudes das ondas gravitacionais em frequências muito altas a partir de observações relativamente raras. Ela disse: “Entender como as ondas gravitacionais conduzem a circulação na atmosfera, a interação entre essas ondas e o fluxo manãdio - érealmente a próxima fronteira no entendimento da dina¢mica atmosfanãrica.”