Ionosfera: Definición, datos y capas

¿Qué es la ionosfera?

Las cinco capas comunes y bien definidas de la atmósfera comenzando desde la superficie de la Tierra y subiendo son:

• Troposfera
• Estratosfera
• Mesosfera
• Termosfera
• Exosfera

¿Qué es la ionosfera? ¿Dónde se encuentra esta capa en la atmósfera de la Tierra? La ionosfera en realidad no se considera una verdadera capa de nuestra atmósfera como las mencionadas anteriormente. Se define como una región electrificada ubicada en la zona superior de la mesosfera (a unos 50 km por encima de la superficie de la Tierra) y que sube a través de la termosfera hasta la exosfera, donde se encuentra con la magnetosfera.

La temperatura de esta región varía de 200 Kelvin a 500 Kelvin (-99 grados Fahrenheit a 440 grados Fahrenheit). La energía luminosa del sol excita los átomos de oxígeno y nitrógeno en esta área de la atmósfera de la Tierra mediante un proceso llamado fotoionización. Durante la fotoionización se liberan electrones (iones con carga negativa) y esto hace que esos átomos adquieran una carga positiva y se exciten bastante. Este proceso permite que la radiación del Sol sea absorbida en la ionosfera o desviada de nuevo al espacio. Esta región de nuestra atmósfera es muy importante para la vida en la Tierra. La desviación y absorción de la radiación del sol genera temperaturas habitables para la vida tal como la conocemos. También desempeña un papel en las ondas de radio y la comunicación GPS.

Datos sobre la ionosfera

Las siguientes secciones desglosarán datos importantes sobre la ionosfera, incluida su ubicación, sus capas y altitud en la atmósfera, y qué factores causan cambios dentro de la ionosfera.

¿Dónde está situada la ionosfera?

La ionosfera se encuentra en varias capas de la atmósfera. La ionosfera comienza a unos 50 km de la superficie de la Tierra, en la parte superior de la mesosfera, continúa por la termosfera y llega hasta el borde de la exosfera. La parte superior de la ionosfera es donde se encuentra con la magnetosfera, que se encuentra a unos 500 km de la superficie de la Tierra.

Capas de la ionosfera

La ionosfera está dividida en tres regiones: las capas D, E y F. Estas capas desempeñan un papel vital en las comunicaciones por ondas de radio y GPS. La capa D, que se encuentra en la parte más baja de la ionosfera a partir de 50 km por encima de la superficie de la Tierra, está cargada y activa durante el día cuando recibe la radiación del Sol. Es entonces cuando las moléculas de oxígeno y nitrógeno están en su estado más excitado. Sin embargo, por la noche, la radiación del Sol ya no hace que las moléculas de oxígeno y nitrógeno se muevan en un estado excitado y, cuando el Sol se pone, la capa D prácticamente desaparece a medida que los iones se reagrupan y se vuelven neutrales.

La capa E, también conocida como capa Kennelly-Heaviside de la ionosfera, se encuentra a unos 100 m-125 km de la superficie y también se comporta de manera similar a la capa D, por lo que no es efectiva para la transmisión de ondas de radio nocturnas.

Por último, la capa F, también conocida como capa Appleton-Barnett, se encuentra en la parte más alta de la ionosfera, entre 200 y 400 km por encima de la superficie. Aquí, la capa F se divide en dos regiones: F1/día, que se encuentra alrededor de los 300 km, y F2/noche, que se puede encontrar alrededor de los 400 km. La ubicación de las capas F1 y F2 cambia con las estaciones. También están más arriba en la atmósfera, son menos densas y, por lo tanto, los electrones se recombinan a un ritmo mucho más lento, lo que les permite seguir estando presentes durante la noche en comparación con las capas D y E, cuyos electrones se recombinan durante la noche. Tenga en cuenta que los niveles F1 y F2 están más cerca de la superficie de la Tierra a unos 100 km durante los meses de invierno debido al ángulo en el que la energía del Sol incide sobre la Tierra.

Los cambios en la ionosfera

La ionosfera fluctúa dependiendo de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, lo que tiene en cuenta la distancia al Sol y las estaciones. La ionosfera es más gruesa (más densa) durante el día porque la energía del Sol es lo que ioniza las partículas, creando una mayor concentración de iones. Por lo tanto, el lado diurno de la ionosfera es más grueso que el lado nocturno. Otra forma en que la ionosfera varía se debe al clima de la superficie de la Tierra. Los sistemas de baja presión, como los huracanes y otros ciclones, perturban la ionosfera al provocar ondas de presión en la ionosfera. Este es un descubrimiento relativamente nuevo de la NASA.

Formación de la ionosfera y la ionización

La temperatura de la ionosfera varía de 200 Kelvin a 500 Kelvin. Esta diferencia de temperatura es el resultado de cuándo y cómo la radiación del Sol llega a la Tierra. Piense en el calentamiento diurno y el enfriamiento nocturno de la Tierra. La intensa energía del Sol durante el día provoca una reacción de los átomos de nitrógeno y oxígeno. Esta reacción se produce cuando esos átomos pierden uno o dos electrones y se ionizan. Cuando se produce esta fotoionización, la temperatura de la ionosfera aumenta con la actividad de partículas cargadas eléctricamente. Estas partículas cargadas permiten la absorción o desviación de la radiación del Sol. Por la noche, los iones ya no están tan excitados, se recombinan y vuelven a un estado neutro. De este modo, la ionosfera protege la vida en la Tierra del Sol.

Aurora boreal y aurora austral

Recordemos el campo de fuerza en forma de bulbo que rodea la Tierra y que desvía los vientos solares y las llamaradas. ¿Qué sucede cuando parte de los vientos solares atraviesa la magnetosfera y entra en la ionosfera? Obtenemos lo que se conoce como la Aurora Boreal en el hemisferio norte y la Aurora Austral en el hemisferio sur. Este magnífico espectáculo de luces en el cielo se produce cuando los iones de oxígeno y nitrógeno interactúan con la energía extrema de los vientos solares. El resultado de este encuentro de energías es la emisión de luces verdes y amarillas, que son los colores más comunes que vemos en las latitudes norte y sur cerca de los polos. Sin embargo, puede haber auroras totalmente rojas e incluso colores azules o púrpuras emitidos, que dependen de la altitud y de los gases predominantes. Si grandes cantidades de viento solar viajan a la atmósfera superior, mayor es la perturbación de los iones y se pueden ver las auroras boreales en las latitudes medias y tan al sur como los Grandes Lagos.

La Tierra está constantemente bombardeada por energía solar y, por lo tanto, las reacciones químicas de pérdida o ganancia de un electrón en la ionosfera dan lugar a la aparición de un resplandor atmosférico. Este resplandor atmosférico es la liberación de energía luminosa a partir de esas reacciones y es por eso que el cielo nocturno nunca está completamente oscuro.

Comunicación por ondas de radio y ionosfera

La ionosfera desempeña un papel muy importante en la comunicación por ondas de radio en todo el planeta. Las ondas de radio son una forma de radiación electromagnética que utilizamos aquí en la Tierra en muchas tecnologías diferentes, como la televisión, los teléfonos móviles, el GPS y las radios. Estas ondas rebotan o se reflejan en los diferentes niveles de la ionosfera. La distancia que pueden recorrer estas ondas alrededor del mundo depende del estado electrificado o excitado de la ionosfera. Hay una mayor actividad durante el día debido a la radiación del Sol, y las ondas de radio se reflejan de vuelta a la Tierra a una frecuencia más alta porque llegan al nivel D y rebotan de nuevo en la Tierra. Por la noche, la frecuencia es más baja porque el nivel D ya no está activo y se encuentra en un estado neutro. Las ondas de radio llegan a un nivel superior en la ionosfera, al nivel F, y por lo tanto se reflejan de nuevo y regresan a la superficie a lo largo de distancias mayores. La comunicación por ondas de radio viaja distancias mayores alrededor de la Tierra por la noche.

Resumen de la lección

La ionosfera es una región electrificada de la atmósfera terrestre que se encuentra en la parte superior de la mesosfera, pasando por la termosfera hasta la exosfera. Esta zona comienza a unos 60 km por encima de la superficie y llega hasta unos 500 km, y la temperatura oscila entre 200 y 500 Kelvin. La ionosfera forma el borde interior de la magnetosfera, el campo magnético que rodea la Tierra y su atmósfera.

La ionosfera recibe su nombre debido a su composición, que tiene una gran concentración de iones. Cuando la radiación del Sol entra en la ionosfera, se produce la fotoionización, lo que hace que se liberen electrones, lo que crea iones con carga positiva y átomos muy excitados. El área real de la ionosfera fluctúa, ya que depende de muchos factores. La cantidad de energía solar entrante, la órbita de la Tierra y cualquier condición climática extrema que ocurra en la troposfera pueden hacer que la densidad y la temperatura de la ionosfera varíen. Estas variaciones en la ionosfera también crean la Aurora Boreal y la Aurora Austral; el bombardeo constante de energía solar y la posterior fotoionización causan el resplandor atmosférico, la razón por la que los cielos nocturnos nunca están completamente oscuros. La ionosfera se divide en tres regiones o niveles: los niveles D, E y F. Estas tres capas son importantes para la radio y las telecomunicaciones, ya que la ionosfera refleja estas ondas. La región D no permanece cargada y vuelve a neutral por la noche.