Raios cósmicos: nova ferramenta para estudar tornados, melhorar previsões e avisos de tempestades severas

De acordo com uma nova investigação, publicada no servidor de acesso aberto arXiv, um grupo de físicos afirma que a técnica de procura por partículas cósmicas tem grande valor na Terra e pode ser aplicada ao estudo de fortes tempestades de tornados, como uma possível nova ferramenta para previsão, monitorização e melhoria de alertas.

Raios cósmicos que podem ajudar meteorologistas

Os muões são partículas cósmicas que têm muitas aplicações importantes na Terra, por exemplo, ajudam os cientistas a observar o interior de objetos grandes e densos (como pirâmides) e também nos permitem detetar materiais nucleares perigosos.

Estas partículas são sensíveis às propriedades da atmosfera por onde se movem. Motivado por este importante conceito, o cientista William Luszcza, membro do Centro de Cosmologia e Física de Astropartículas da Universidade Estadual de Ohio, juntamente com a sua equipa, publicou recentemente o trabalho de investigação dedicado a tempestades supercelulares severas, com potencial para desenvolver tornados, afetam o fluxo de muões atmosféricos.

Os raios cósmicos poderiam oferecer aos cientistas uma nova forma de rastrear e estudar tornados violentos e outros eventos climáticos severos, sugere este novo estudo.

Analisam muões atmosféricos como uma ferramenta para previsão de tornados climáticos severos

Atualmente são utilizadas medições convencionais, lançamentos de balões meteorológicos e voos de drones para monitorizar e rastrear tornados, estas tecnologias exigem que os humanos se aproximem perigosamente do caminho de uma tempestade.

No entanto, estudar como estas tempestades afetam os muões pode ser uma ferramenta complementar muito boa para os cientistas terem detalhes mais precisos sobre as condições atmosféricas do meio ambiente.

Ao combinar dados meteorológicos locais com simulações astrofísicas complexas, os investigadores exploraram se um dispositivo que normalmente deteta estas partículas de alta energia poderia ser usado para medir remotamente tempestades supercelulares que produzem tornados.

Para o estudo, os investigadores aplicaram um modelo tridimensional de nuvens que poderia levar em conta múltiplas variáveis, como vento, temperatura potencial, chuva, neve e granizo. Em seguida, utilizando observações atmosféricas recolhidas da supercélula de 2011 que passou por El Reno, Oklahoma, e gerou um surto de tornado.

Luszczak aplicou estas informações para medir variações na pressão do ar na região em torno de uma tempestade simulada durante o período de uma hora. No geral, os seus resultados revelaram que os muões são de facto afetados pelo campo de pressão dentro dos tornados, embora sejam necessárias novas investigações para aprender mais sobre o processo.

Avanços na investigação de muões

A ideia de ter deteções de muões atmosféricos para prever e analisar padrões climáticos é atraente. Seria um enorme avanço se “os cientistas não tivessem necessariamente de tentar colocar instrumentos muito perto de um tornado para obter as medições de pressão necessárias”, disse Luszczak.

O tamanho do dispositivo também influencia a precisão das suas medições, pois aumentar a sua escala aumenta o número de partículas que ele pode detetar. O tipo de detetor de partículas de muões que o artigo de Luszczak considera é muito menor do que outros projetos de raios cósmicos mais reconhecidos, como o Observatório Pierre Auger na Argentina e o Telescope Array da Universidade de Utah.

Se tais detetores fossem colocados, por exemplo, no Tornado Alley, nos Estados Unidos, os investigadores imaginam que o dispositivo poderia facilmente complementar as medições meteorológicas e barométricas típicas da atividade de tornados.

O relatório enfatiza que poderá ser bom que os futuros cientistas considerem a implantação de um grande detetor em algumas regiões de elevada atividade de tornados, dado que as tempestades supercelulares normalmente se formam, desenvolvem e desaparecem em curtos períodos.

O menor detetor que os investigadores descrevem neste artigo tem 50 metros de diâmetro. Embora fosse suficientemente portátil para garantir que os cientistas pudessem colocá-lo perto de diferentes tipos de sistemas de tempestades, o seu pequeno tamanho provavelmente causaria alguns erros na obtenção de dados, disse Luszczak.

“Ao ter melhores medições da atmosfera em torno de um tornado, a nossa modelagem melhora, o que por sua vez melhora a precisão dos nossos avisos”, disse Luszczak. “Este conceito é muito promissor e é uma ideia realmente interessante para tentar colocar em prática.”

Como os atuais sistemas de modelagem meteorológica estão diretamente ligados a quando e onde os alertas de mau tempo são emitidos, o uso de raios cósmicos para fortalecer estes modelos daria à sociedade uma ideia mais detalhada do comportamento de uma tempestade e, mais importante, mais tempo para se preparar para a tempestade e/ou chegada do fenómeno extremo.

Referência da notícia:

William Luszczak y Leigh Orf. "The Effect of Tornadic Supercell Thunderstorms on the Atmospheric Muon Flux". Publicado en arXiv.