Entenda a Propagação E esporádica ou "Es"

Traduzido por Alisson, PR7GA

A propagação esporádica pela camada E, assim como seu nome indica, é imprevisível por natureza, mas permite que sinais de rádio percorram distâncias muito maiores e, muitas vezes, em freqüências mais altas do que normalmente seriam possíveis por meio da ionosfera. 

E esporádica, ou Es daqui por diante, é um modo de propagação que ocorre em algumas ocasiões específicas. Como o nome indica, a Es não é fácil de prever e pode afetar freqüências muito mais altas do que se espera, quase sempre afetando o limite inferior do espectro de VHF. 

Muito embora ela seja utilizada pelos radioamadores, a propagação Es não é normalmente usada para fins de comunicação por causa da natureza esporádica de sua ocorrência, afetando sua confiabilidade. Quando acontece, ela pode resultar em níveis elevados de interferência, já que os sinais são propagados por distâncias muito maiores do que o esperado normalmente. Isso muitas vezes afeta a faixa de radiodifusão em FM, podendo chegar a até frequências em torno de 150MHz ou mais.

Noções básicas da Es

A propagação Es aparece quando nuvens intensamente ionizadas se formam na região E da ionosfera. O nível de ionização destas nuvens pode chegar a até cinco vezes os níveis alcançados durante o pico de um ciclo solar, quando normalmente estes níveis se intensificam.

Os altos níveis de ionização resultantes da Es permitem que sinais na região VHF do espectro sejam refratados por essas nuvens. Os níveis de ionização altos também mantém as perdas em nível bem baixo, o que possibilita que transmissores de baixa potência possam ser ouvidos a longas distâncias.

Como ocorre a propagação Es

Quando nuvens ionizadas esporádicas começam a se formar, a intensidade aumenta gradativamente. Isso afeta a priori as frequências na parte inferior do espectro de rádio. À medida que a intensidade da ionização vai aumentando, vai subindo também a faixa de frequência afetada. As freqüências mais altas que podem ser afetadas dependem de vários fatores, incluindo o nível de ionização, o que varia de uma nuvem para outra.

Outro fator encontrado nas nuvens Es é que elas podem não refletir sinais abaixo de uma certa freqüência, dependendo das condições da nuvem. Além disso, esta frequência crítica varia significantemente no tempo e no espaço, tornando a Es extremamente difícil de ser utilizada em sistemas de comunicação comerciais.

Quando se formam, o nível de ionização dessas nuvens aumenta continuamente até atingir um pico e, então, volta a cair até desaparecer. Como resultado, eles acabam afetando freqüências mais altas apenas por um curto período de tempo. Às vezes os sinais podem ser propagados por algumas horas, enquanto em outras vezes apenas por alguns minutos.

Nuvens Es ionizadas

As nuvens Es variam muito em tamanho e também na intensidade da ionização. Algumas nuvens têm alguns metros de diâmetro apenas, enquanto outras alcançam mais de 200 km. Quanto à altitude, podem ocorrer na região entre 90 e 120 km, embora possam se estender a alturas ainda maiores.

A forma também varia. Algumas são aproximadamente circulares, tendo aproximadamente as mesmas dimensões em ambas as direções, enquanto outras são longas e estreitas. Embora as formas reais não sejam de grande importância, elas explicam até certo ponto porque algumas estações são afetadas pela propagação Es e outras não, além das diferenças nas áreas ouvidas pelas estações.

As nuvens também são incrivelmente finas. A região E abrange altitudes de várias dezenas de quilômetros. No entanto, as nuvens esporádicas E têm tipicamente apenas algumas dezenas de metros de espessura. Portando, as reflexões ocorrem como resultado de uma mudança extremamente brusca na densidade de elétrons. Outras nuvens podem ser muito mais espessas e ter um nível de ionização muito mais robusto, o que leva a reflexões normalizadas.

Não apenas a formação das nuvens esporádicas na camada E é quase aleatória, mas elas também se movem como resultado dos ventos nas regiões superiores da atmosfera. Esses ventos atingem velocidades de até 400 km por hora. Este movimento pode fazer com que a propagação Es mude de forma relativamente rápida. Por conta disso, tanto os sinais ouvidos quanto as interferências variarão de intensidade num período relativamente curto.

Distância dos "saltos" via Es

Nuvens Es se formam nas áreas inferiores da região E. Como resultado, as distâncias máximas que os sinais podem alcançar normalmente são de cerca de 2000 km. Obviamente distâncias mais curtas são mais comuns, embora a distância mínima seja ditada pela quantidade de refração necessária. Para saltos em distâncias mais curtas, os sinais transmitidos precisam ser irradiados com um ângulo maior e isto requer uma quantidade também maior de refração para que sejam refletidos de volta à Terra.

Embora as nuvens Es tendam a ser aleatórias e não tão disseminadas como a  ionização normal das regiões E e F, a propagação de duplo salto já foi detectada, especialmente nas freqüências mais baixas onde a reflexão por meio das nuvens é mais espalhada.

Efeito da Es na propagação de HF

Embora a Es pareça aumentar o alcance das comunicações em HF e ao mesmo tempo permitir que as comunicações e a interferência se propaguem nas freqüências da porção VHF do espectro, ela também pode degradar algumas comunicações em HF.

Os níveis muito altos de ionização nas nuvens na camada E refletirão quaisquer sinais na porção HF do espectro de rádio, assim como o fazem em VHF. Isso pode impedir que eles atinjam as regiões F mais altas, impedindo-os de alcançar distâncias muito maiores. Assim, o raio da "área de sombra" diminuirá, fazendo com que sinais de curta distância sejam captados, quando deveriam ser recebidos sinais de distâncias maiores. No entanto, a natureza intermitente das nuvens E esporádicas e o fato delas se moverem rapidamente fará com que esses efeitos tenham duração curta.

Ocorrência de Es

A ocorrência da Es é muito difícil de prever. No entanto, uma grande quantidade de dados estatísticos foi coletada em relação à sua ocorrência.

Verificou-se que a ocorrência de Es varia de acordo com a região do planeta: 

• Regiões temperadas: Em regiões temperadas, isto é, aquelas em latitudes médias entre as regiões equatoriais, ocorrem principalmente no verão. No hemisfério norte, os meses de maio a agosto geram o maior número de aberturas, com pico em junho. Um pequeno pico também é notado em dezembro. Um padrão similar também  acontece nos meses equivalentes, de novembro a fevereiro no hemisfério sul. Geralmente, a faixa de VHF do espectro é afetada apenas no meio da temporada de Es, ou seja, principalmente em junho e julho no hemisfério norte, ou dezembro e janeiro no hemisfério sul.
• Regiões polares: Nas regiões polares, ocorre a chamada Es auroral, havendo pouca diferença entre as estações do ano. Ocorre geralmente pela manhã. 
• Regiões equatoriais: Nas regiões equatoriais, a ocorrência de Es é primariamente um fenômeno diurno e, como seria de esperar, há pouca diferença no ano todo devido à localização. Sua ocorrência também é mais freqüente do que nas regiões temperadas e, como resultado, acredita-se que o mecanismo por trás de sua formação possa ser um pouco diferente. 

A hora do dia também tem um grande impacto na ocorrência de Es. Dois picos principais podem ser observados durante o dia em zonas temperadas. Uma ocorre por volta do meio-dia e a outra é por volta das 19h. À tarde há uma pequena queda no número de aberturas, e no início da manhã e à noite há muito menos aberturas.

A formação de nuvens Es

O mecanismo que gera as nuvens Es não é bem compreendido. Acredita-se que possam haver vários fenômenos que originam sua formação: 

• Meteoros: Evidências apontam a entrada de meteoros como uma das fontes de geração de nuvens Es. Como normalmente os meteoros se inflamam na região E, pode haver alguma conexão. 
• Tempestades elétricas: Esse fenômeno pode alcançar altitudes elevadas e seus efeitos ocorrem também acima das nuvens. Acredita-se que possam fornecer energia para a formação de nuvens Es. 
• Atividade auroral: O aparecimento de Es em noites de inverno também foram ligadas à ocorrência de auroras. Sabe-se que isto explica a Es auroral, que é o resultado da entrada de elétrons energizados na atmosfera a partir da magnetosfera. 
• Ventos da atmosfera superior: Algumas teorias sugerem que as forças de cisalhamento causadas pelos ventos que se movem rapidamente na atmosfera superior podem dar origem a essas nuvens intensas de ionização, particularmente em regiões de alta temperatura. 

Existem muitas teorias que tentam explicar a formação de nuvens Es. Porém o mais provável é que vários fenômenos físicos diferentes possam originar formas muito semelhantes de ionização esporádica na região E. Consequentemente, podem haver vários fenômenos de ionização esporádica diferentes que são eventualmente agrupados como sendo um só.

Dentre outras diferenças, esta ideia é apoiada pelo fato de que nuvens Es que ocorrem próximo ao equador são mais estáveis do que o outras que ocorrem em latitudes mais altas. 

Mais dados estão sendo coletados sobre sua ocorrência e é provável que isso aumente nossa compreensão desse fenômeno, além de permitir que previsões mais acuradas sejam feitas.

Um indício de que o ciclo de manchas solares tem algum efeito na zona esporádica E foi observado, pois o número de aberturas aumenta durante o período dos mínimos das manchas solares.

A Es é uma forma particularmente interessante de propagação de radiocomunicação. Sendo esporádica por natureza, é mais difícil estudar e entender. Vincular o efeito à causa não é fácil e, como resultado, a Es está envolvida em um certo grau de mistério. 

Fonte: https://www.electronics-notes.com/articles/antennas-propagation/ionospheric/sporadic-e-es.php