O ambiente próximo à Terra está em constante interação com o Sol. Variações na radiação solar, no vento solar e no campo magnético interplanetário podem modificar a magnetosfera, a ionosfera e a alta atmosfera terrestre, produzindo fenômenos que, em conjunto com seus impactos tecnológicos, fazem parte do que chamamos de Clima Espacial.
Para estudar essas interações, utilizamos diferentes instrumentos de observação instalados principalmente no Observatório Espacial do Sul (OES), em São Martinho da Serra (RS), e em uma estação de monitoramento localizada no campus da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), em Santa Maria (RS). Cada equipamento observa uma parte diferente desse sistema. Quando seus dados são analisados em conjunto, podemos acompanhar desde variações do campo magnético terrestre e da ionização da atmosfera até movimentos da atmosfera neutra e a chegada de partículas de alta energia.
Magnetômetro
- Magnetômetro
O magnetômetro é utilizado para medir continuamente o campo magnético terrestre e suas variações ao longo do tempo. Os instrumentos instalados em solo registram componentes do campo geomagnético, permitindo identificar desde variações regulares produzidas por sistemas de correntes elétricas na ionosfera até perturbações associadas às tempestades geomagnéticas.
Durante uma tempestade geomagnética, a interação do vento solar com a magnetosfera modifica diferentes sistemas de correntes elétricas no espaço e na ionosfera. Essas mudanças produzem variações do campo magnético que podem ser detectadas pelos magnetômetros instalados na superfície terrestre.
- Magnetômetro
As observações realizadas no sul do Brasil são particularmente importantes devido à presença da Anomalia Magnética da América do Sul (AMAS), região onde a intensidade do campo magnético terrestre é significativamente menor do que em outras regiões do planeta. Os dados dos magnetômetros contribuem, portanto, para o estudo da atividade geomagnética, das correntes ionosféricas, das tempestades geomagnéticas e do acoplamento entre o Sol, a magnetosfera e a atmosfera terrestre.
Atualmente, o OES possui dois tipos de magnetômetros, um de fabricação peruana e outro de fabricação ucraniana. Ambos realizam medidas contínuas, que são enviadas ao Programa de Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial (EMBRACE), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Os dados podem ser visualizados e obtidos gratuitamente por meio da plataforma do Programa EMBRACE (https://embracedata.inpe.br/magnetometer/).
Riômetro
- Riômetro
O riômetro, do inglês Relative Ionospheric Opacity Meter, utiliza um sinal natural proveniente do espaço, conhecido como ruído cósmico, para investigar a ionosfera. Essa onda eletromagnética chega continuamente à Terra proveniente de diferentes regiões do céu. Em condições ionosféricas calmas, sua intensidade apresenta um comportamento diário relativamente previsível. Quando ocorre um aumento da densidade de elétrons na parte inferior da ionosfera, principalmente na região D, uma parcela maior dessa radiação é absorvida antes de chegar ao instrumento.
- Computador do Riômetro
Ao comparar o sinal observado com o nível esperado para condições ionosféricas calmas, podemos determinar a absorção de ruído cósmico (CNA – Cosmic Noise Absorption). A CNA é especialmente útil para identificar aumentos da ionização da ionosfera inferior associados à radiação de flares solares e à precipitação de partículas energéticas durante períodos de atividade geomagnética. Dessa forma, o riômetro fornece informações sobre uma região da ionosfera que apresenta grandes variações durante eventos de Clima Espacial e que é mais difícil de ser monitorada continuamente por outras técnicas de sondagem ionosférica.
O riômetro do OES (SMS) opera em 30 e 38,2 MHz e seus dados podem ser encontrados por meio do Programa EMBRACE (https://embracedata.inpe.br/riometer/SMS/). Mais informações podem ser encontradas em Moro, J., Correia, E., Wrasse, C. M., Costa, J. R., Bageston, J. V., Denardini, C. M., et al. (2026). New observations of cosmic noise absorption in the South American Magnetic Anomaly (SAMA) using a next‐generation riometer. Space Weather, 24, e2025SW004781. https://doi.org/10.1029/2025SW004781
Imageador All-Sky
- Imageador All-Sky
Embora o céu noturno pareça escuro aos nossos olhos, a alta atmosfera terrestre emite continuamente uma tênue luminosidade conhecida como airglow, ou luminescência atmosférica. O Imageador All-Sky utiliza uma câmera de alta sensibilidade e uma lente com amplo campo de visão para registrar praticamente todo o céu acima do observatório. Filtros ópticos permitem observar emissões produzidas por diferentes espécies e em diferentes regiões da alta atmosfera. Entre elas está a emissão do oxigênio atômico em 630,0 nm, amplamente utilizada para estudar a região F da ionosfera. Estruturas associadas a irregularidades na densidade do plasma, como as bolhas de plasma, podem aparecer nas imagens como regiões de menor intensidade luminosa. Outras emissões, como as bandas do OH, permitem investigar a dinâmica da atmosfera neutra e fenômenos como as ondas de gravidade atmosféricas.
Além do airglow, observações ópticas podem registrar eventos transientes e emissões associadas a condições geomagnéticas perturbadas. Por isso, o imageador constitui uma importante ferramenta para investigar as relações entre a atmosfera neutra, a ionosfera e o Clima Espacial. Os dados do Imageador All-Sky do OES podem ser encontrados no Programa EMBRACE (https://embracedata.inpe.br/imager/SMS/).
Detector Multidirecional de Múons
Nosso planeta é continuamente atingido por raios cósmicos, partículas extremamente energéticas provenientes do espaço. Quando um raio cósmico primário atinge a atmosfera terrestre, ele colide com moléculas do ar e inicia uma cascata de partículas secundárias. Entre os produtos dessas interações estão os múons, partículas capazes de atravessar grandes quantidades de matéria e alcançar a superfície terrestre.
O Detector Multidirecional de Múons registra essas partículas secundárias e permite acompanhar variações em seu fluxo e em suas direções de chegada ao longo do tempo. Essas medidas são utilizadas em estudos de raios cósmicos e Clima Espacial, permitindo investigar fenômenos associados à atividade solar e à propagação de partículas energéticas pelo meio interplanetário.
O Detector Multidirecional de Múons do OES integra a Rede Global de Detectores de Múons (GMDN – Global Muon Detector Network) e passou por uma ampliação em 2025.
Digissonda
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A Digissonda é um sistema de sondagem ionosférica que permite investigar a estrutura vertical da ionosfera. O equipamento transmite pulsos de rádio em diferentes frequências na faixa de HF (1-20 MHz) e registra os sinais que retornam ao solo. Como a propagação dessas ondas depende da densidade de elétrons existente na ionosfera, o tempo de retorno e a frequência dos sinais permitem determinar diversas características desse meio.
O principal produto da Digissonda é o ionograma, um gráfico que relaciona a frequência das ondas transmitidas com a altura virtual dos ecos ionosféricos. A partir dos ionogramas é possível acompanhar parâmetros das regiões E e F da ionosfera, determinar frequências críticas, estimar alturas e identificar estruturas como as camadas E esporádicas (Es). A Digissonda também possibilita obter informações sobre a localização e o movimento de estruturas ionosféricas por meio da análise da direção de chegada dos ecos.
Durante tempestades geomagnéticas, essas observações permitem acompanhar como a ionosfera sobre o Brasil responde às perturbações produzidas pela interação entre o Sol, o meio interplanetário e a magnetosfera.
A Digissonda está instalada no campus da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), em Santa Maria (RS), integra o Laboratório Conjunto Brasil-China para Clima Espacial e opera desde abril de 2017. Seus dados podem ser acessados no Programa EMBRACE (https://embracedata.inpe.br/ionosonde/SMK29/) e maiores informações podem ser encontradas em Moro, J., Xu, J., Denardini, C. M., Resende, L. C. A., Silva, R. P., Liu, Z., et al. (2019). On the sources of the ionospheric variability in the South American Magnetic Anomaly during solar minimum. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124, 7638–7653. https://doi.org/10.1029/2019JA026780.
Radar meteórico
Todos os dias, uma grande quantidade de pequenos meteoroides entra na atmosfera terrestre. Ao atravessarem a atmosfera em alta velocidade, essas partículas sofrem ablação e deixam pequenas trilhas ionizadas, principalmente na região da mesosfera e baixa termosfera.
O radar meteórico transmite ondas de rádio e detecta os ecos produzidos por essas trilhas ionizadas.
Embora os meteoros sejam responsáveis pela formação dos ecos, uma das principais aplicações científicas desse instrumento é o estudo da atmosfera neutra. Durante seu curto tempo de existência, as trilhas ionizadas são transportadas pelos ventos atmosféricos. A partir do deslocamento Doppler dos ecos, é possível estimar a velocidade e a direção dos ventos atmosféricos em diferentes altitudes.
Séries temporais dessas observações permitem investigar marés atmosféricas, ondas planetárias, ondas de gravidade e outros processos responsáveis pelo transporte de energia e momento através da atmosfera. O radar meteórico é, portanto, uma importante ferramenta para compreender como perturbações atmosféricas se propagam verticalmente e participam do acoplamento entre diferentes regiões da atmosfera.
O radar meteórico está instalado no campus da UFSM, em Santa Maria (RS), próximo à Digissonda.
Todos os dias, uma grande quantidade de pequenos meteoroides entra na atmosfera terrestre. Ao atravessarem a atmosfera em alta velocidade, essas partículas sofrem ablação e deixam pequenas trilhas ionizadas, principalmente na região da mesosfera e baixa termosfera. O radar meteórico transmite ondas de rádio e detecta os ecos produzidos por essas trilhas ionizadas.
Embora os meteoros sejam responsáveis pela formação dos ecos, uma das principais aplicações científicas desse instrumento é o estudo da atmosfera neutra. Durante seu curto tempo de existência, as trilhas ionizadas são transportadas pelos ventos atmosféricos. A partir do deslocamento Doppler dos ecos, é possível estimar a velocidade e a direção dos ventos atmosféricos em diferentes altitudes.
Séries temporais dessas observações permitem investigar marés atmosféricas, ondas planetárias, ondas de gravidade e outros processos responsáveis pelo transporte de energia e momento através da atmosfera. O radar meteórico é, portanto, uma importante ferramenta para compreender como perturbações atmosféricas se propagam verticalmente e participam do acoplamento entre diferentes regiões da atmosfera.
O radar meteórico está instalado no campus da UFSM, em Santa Maria (RS), próximo à Digissonda.
Rede SONDA e a Estação de São Martinho da Serra: referência nacional e internacional em monitoramento ambiental
A Rede SONDA (Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais), coordenada pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), é uma das principais infraestruturas brasileiras para o monitoramento contínuo dos recursos solar e eólico e das condições meteorológicas de superfície. Desde sua implantação, em 2004, a rede fornece dados ambientais de alta qualidade para apoiar pesquisas científicas, o desenvolvimento de tecnologias, o planejamento da expansão das energias renováveis, a validação de modelos atmosféricos e de produtos de sensoriamento remoto, além de subsidiar estudos sobre mudanças climáticas.
Os dados produzidos pela Rede SONDA são disponibilizados gratuitamente para pesquisadores, instituições públicas, universidades, empresas e demais usuários, constituindo uma base de referência para estudos científicos e aplicações operacionais em todo o país. Entre as estações da rede, destaca-se a Estação SONDA de São Martinho da Serra (RS), localizada no Observatório Espacial do Sul (OES/INPE). Primeira estação implantada pela Rede SONDA, ela tornou-se uma das principais referências nacionais em monitoramento da radiação solar e de variáveis meteorológicas de superfície. Sua longa série histórica, associada à elevada qualidade das medições, faz da estação um importante laboratório natural para pesquisas em meteorologia, climatologia, energia renovável e mudanças climáticas.
A estação integra importantes redes internacionais de observação atmosférica. É membro da Baseline Surface Radiation Network (BSRN), programa do World Climate Research Programme (WCRP) dedicado ao monitoramento de alta precisão da radiação de superfície, reunindo um seleto conjunto de estações que seguem rigorosos padrões internacionais de instrumentação, calibração, operação e controle de qualidade. Além disso, São Martinho da Serra faz parte da Aerosol Robotic Network (AERONET), rede global coordenada pela NASA que realiza o monitoramento da espessura óptica de aerossóis e de outras propriedades atmosféricas por meio de fotômetros solares padronizados. A participação simultânea na BSRN e na AERONET coloca a estação entre os principais sítios brasileiros para observações integradas da radiação solar e da composição atmosférica, contribuindo para pesquisas sobre aerossóis, balanço de radiação, qualidade do ar, mudanças climáticas e validação de produtos de sensoriamento remoto em escala global.
A estação dispõe de uma infraestrutura moderna para monitoramento ambiental, composta por sensores científicos de alta precisão capazes de medir radiação solar global (GHI), radiação direta normal (DNI), radiação difusa (DHI), radiação de onda longa, radiação fotossinteticamente ativa (PAR), iluminância, espessura óptica de aerossóis (AOD), temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica, precipitação, além de velocidade, direção do vento e temperatura em diferentes níveis da torre anemométrica. Todos os dados são submetidos a procedimentos de controle de qualidade, seguindo protocolos internacionalmente reconhecidos, garantindo elevada confiabilidade para aplicações científicas e operacionais.
As informações produzidas pela estação de São Martinho da Serra possuem ampla aplicação em diferentes áreas do conhecimento. Seus dados são utilizados na avaliação do potencial solar e eólico, no planejamento e operação de usinas de geração renovável, na validação de modelos numéricos de previsão do tempo e do clima, na validação de produtos de satélite, no desenvolvimento e aperfeiçoamento de modelos de transferência radiativa, como o BRASIL-SR, em estudos sobre aerossóis, nuvens e balanço de radiação, além do monitoramento climático de longo prazo. As medições de aerossóis realizadas no âmbito da AERONET complementam essas aplicações ao fornecer informações fundamentais para estudos de interação entre aerossóis, nuvens e radiação, bem como para a validação de sensores orbitais e modelos de transporte atmosférico.
Ao integrar a BSRN e a AERONET, a estação de São Martinho da Serra consolida-se como uma infraestrutura estratégica para o Brasil e para a comunidade científica internacional. Seu conjunto de equipamentos de alta precisão, aliado à continuidade das observações e ao rigoroso controle de qualidade dos dados, faz da estação uma referência para pesquisas em meteorologia, climatologia, energias renováveis, aerossóis e mudanças climáticas, contribuindo para o avanço do conhecimento científico e para o desenvolvimento sustentável do país.
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