QUE ES LA IONOSFERA y COMO FUNCIONAN LAS CAPAS ATMOSFERICAS?

AQUI UN ESQUEMA TEORICO DE ESTA CAPA ATMOSFERICA Y LAS DEMAS  QUE CUBREN EL GLOBO TERRESTRE.

La atmósfera varía en densidad y composición con la altura sobre la Tierra. La parte más baja se llama la troposfera y se extiende desde la superficie hasta aproximadamente10 kilometros. Los gases en esta región son principalmente de moléculas de oxígeno ( O₂ ) y las moléculas de nitrógeno ( N₂ ). En esta región, que contiene 90% de la atmósfera terrestre y el 99% del vapor de agua se concentra en torno a "la atmósfera meteorológicos" de nuestro planeta. La corriente en chorro a gran altitud se encuentra cerca de la tropopausa, al final de la parte superior de esta región. La atmósfera por encima de la10 kilometros se denomina la estratosfera . El gas es todavía lo suficientemente densa como para que los globos de aire caliente puede ascender a las alturas de 15 a 20 km y globos de helio a casi35 kilometros, Pero el aire se adelgaza rápidamente y la composición del gas se cambia ligeramente con la altitud. Dentro de la estratosfera, la radiación solar entrante en longitudes de onda por debajo de 240 nm. es capaz de romper (o disociados) las moléculas de oxígeno ( O₂ ) en átomos de oxígeno individuales, cada uno de los cuales, a su vez, pueden combinarse con una molécula de oxígeno ( O₂ ) para formar la capa de ozono, un oxígeno molécula compuesta por tres átomos de oxígeno ( O₃ ). Este gas llega a una densidad máxima de unas pocas partes por millón, a una altitud de alrededor de25 kilometros. 
El gas es cada vez más enrarecido en altitudes más altas y se encuentran en la mesosfera . Para alturas80 kilometros, El gas es tan delgado que los electrones libres pueden existir durante períodos cortos de tiempo antes de ser "capturado" por un ion positivo cercano. La existencia de partículas cargadas a esta altura marca el comienzo de la ionosfera , una región que tiene las propiedades de un gas y un plasma.

¿Cómo se hace? 

En la parte exterior, los rayos del sol golpean la atmósfera con una densidad de potencia de 1370 vatios por m ² , una figura conocida como "constante solar". Este nivel de radiación intensa, repartidas en un espectro amplio de frecuencias de radio a través de los rayos infrarrojos (IR), luz visible a los rayos X La radiación solar en luz ultravioleta (UV) y la menor longitud de onda se consideran "ionizante", ya que la energía de los fotones en esas frecuencias son capaces de desplazar un electrón de un átomo neutro o molécula de gas durante una colisión. El dibujo conceptual a continuación es una explicación simplificada de este proceso. 

La radiación solar que incide sobre un átomo de gas (o molécula). En el proceso, parte de esta radiación es absorbida por el átomo y produce un electrón libre y un ión cargado positivamente. Incluso los rayos cósmicos y el viento solar juega un papel en este proceso, pero su efecto es menor que la debida a la radiación electromagnética del sol. 

En los niveles más altos de la atmósfera fuera de la Tierra, la radiación solar es muy fuerte, pero hay unos pocos átomos de interactuar con, por lo que la ionización es mínima. A medida que el porcentaje disminuye, más átomos de gas están presentes y el proceso de ionización aumenta. Al mismo tiempo, sin embargo, un proceso llamado recombinación empieza a ocurrir, un electrón libre es "capturado" por un ion positivo si se mueve lo suficientemente cerca de ella. Con la densidad del gas aumenta a altitudes bajas, el proceso de recombinación se acelera a medida que las moléculas de gas y los iones están más cerca. El equilibrio entre estos dos procesos determina el grado de "ionización" en un momento dado.  Las acciones todavía más bajo, el número de átomos de gas (y moléculas) aumenta aún más y por lo tanto hay más posibilidades de absorción de energía a partir de una fotones de la radiación UV. Sin embargo, la intensidad de esta radiación es menor a estas alturas porque parte de ella ya ha sido absorbido en los niveles superiores. En este punto, por lo tanto, menos radiación, mayor densidad del gas y la mayor proporción de recombinación se han reducido, con la participación, la tasa total de ionización.Este ciclo de la evolución-involución conduce a la formación de las capas de la ionosfera llamados picos de ionización marcado como D , E, F1 , F2 .

CAPA DEs la capa más interna, de50 kilometros a 90 kilometrospor encima de la superficie de la Tierra. Ionización aquí se debe a la radiación en una longitud de onda de 121,5 nm, que ioniza el óxido nítrico (NO). Además, cuando el Sol está activo con 50 o más manchas solares, rayos X de alta (longitud de onda <1 nm) puede ionizar el aire (N ₂ , O ₂ ). Durante la noche los rayos cósmicos producen una cantidad residual de ionización. La recombinación es alta en la capa D, por lo que el efecto neto de la ionización es muy bajo y por lo tanto de alta frecuencia (HF) las ondas de radio no se reflejan en la capa D. La frecuencia de colisiones entre electrones y otras partículas en esta región durante el día es de unos 10 millones de colisiones por segundo. La capa D es el principal responsable de la absorción de las ondas de radio HF, especialmente a 10 MHz e inferiores, con una absorción gradual disminuye la frecuencia aumenta. La absorción es el número mínimo y máximo de días por la noche. La capa reduce en gran medida después de la puesta del sol, sino que permanece presente como resultado de los rayos cósmicos galácticos. Un ejemplo común de un nivel D en la acción es la desaparición de las emisoras AM distantes banda durante el día.  
Durante los eventos que producen los protones solares, la ionización de la región D puede llegar a niveles inusualmente altos en las latitudes altas y polares. Estos eventos se conocen como la absorción del casquete polar (o PCA), ya que el incremento de la ionización aumenta significativamente la absorción de señales de radio que pasan sobre las regiones polares. De hecho, la tasa de absorción puede aumentar por muchas decenas de dB en los eventos intensos y es suficiente para absorber la mayor parte (si no todas) de las transmisiones de la señal de radio de alta frecuencia. Estos eventos suelen durar menos deDe 24 a 48 horas. 

Capa E Es el nivel medio,90 kilometros a 120 kilometrospor encima de la superficie de la Tierra. La ionización de las moléculas de oxígeno O₂ se debe a la baja de rayos X (1-10 nm) y más a los rayos ultravioleta (UV). Normalmente, este nivel sólo puede reflejar las ondas de radio con frecuencias inferiores a 10 MHz y tiene un efecto negativo en las frecuencias por encima de 10 MHz debido a su absorción parcial de estas ondas. Sin embargo, durante los eventos de intensa pueden presentar una capa E esporádica, lo que puede reflejar la estructura de frecuencias de hasta 250 MHz vertical de la capa E está determinada principalmente por los efectos de la competencia de la ionización y recombinación. Por la noche la capa E comienza a desaparecer, porque la principal fuente de ionización ya no está presente. Esto se traduce en un aumento de altura, donde la capa al máximo debido a la recombinación es más rápido en las capas inferiores. También los cambios diurnos de los vientos a gran altura tienen un papel neutral. El aumento de la altura máxima de la capa aumenta la distancia máxima que las ondas de radio reflejadas desde la capa se puede lograr.  
Esta región es también conocida comola Kennelly-Heaviside, O simplemente la capa de Heaviside. Su existencia fue predicha enDe 1902 ende manera independiente y casi simultáneamente por el ingeniero Arthur Edwin Kennelly estadounidense (1861-1939) Inglés físico Oliver Heaviside y el (1850-1925). Sin embargo, su existencia sólo se confirmó en 1924 por Edward V. Appleton.

CAPA ES

La capa o capas y el Es-ES. Y la propagaciónse caracteriza por ocasionales pequeñas nubes de ionización intensa, que puede apoyar la reflexión de ondas de radio 25 a 225 MHz. La E esporádica puede durar desde unos minutos hasta varias horas y que los entusiastas aficionados de radio, ya que permite que las estaciones se conectan a distancias que son generalmente inalcanzables. Hay muchas causas de esporádica-E que siguen siendo estudiados por los investigadores. Esta propagación se produce con más frecuencia durante los meses de verano, con manifestaciones muy evidentes, sino también durante los eventos de invierno son en menor medida. Durante el verano, este modo permite que las conexiones convenientes con sus niveles de señal de alto. El salto lo general alrededor de1000 kilometros.Distancias para los eventos salto corto puede estar a punto700 kilometrosHasta 2.000 (o más) para un salto largo, solo. Es posible douple-hop (doble salto). 

CAPA F capa F, también conocida como la capa de Appleton, se encuentra entre120 kilometros y 400 kilometrospor encima de la superficie de la Tierra. Es   la capa superior de la ionosfera. La radiación ultravioleta extrema aquí (UV, 10-100 nm) la radiación solar ioniza los átomos de oxígeno. La capa F se forma por la noche por una sola capa, pero en presencia de luz solar (durante el día), se divide en dos capas, la etiqueta F1 y F2. Estas capas F son los responsables de la mayor parte de la propagación ionosférica de las ondas de radio en todas las distancias.

Modelo ionosféricoEl modelo ionosferico es una descripción matemática de la ionosfera en función de la posición, la altitud, los días del año, la fase del ciclo solar y la actividad geomagnética . Los modelos se expresan generalmente como programas de computación. El modelo puede estar basado en la física básica de las interacciones de los iones y electrones con el medio ambiente neutro y luz solar, o puede ser una descripción estadística sobre la base de un gran número de observaciones o de una combinación de física y observaciones. Uno de los modelos más utilizados es la referencia internacional Ionosfera IRI 2007, que se basa en los datos. La Ionosfera Internacional de Referencia (IRI) es un proyecto internacional patrocinado por el Comité de Investigaciones Espaciales (COSPAR) y la Unión Internacional de Radio Ciencia (URSI).Las fuentes de datos principales de la red mundial de ionosonda, los radares de dispersión incoherente (Jicamarca, Arecibo, Millstone Hill, Malvern, St. Santin), el Sounders superior ISIS y Alouette, y los instrumentos a bordo de diferentes satélites y cohetes. El IRI se actualiza anualmente. En 2009, el IRI se estableció como una norma TS16457 por la Organización Internacional de Normalización (ISO). El IRI es muy preciso en la descripción de la variación de la densidad de electrones desde el límite inferior de la ionosfera, a una altitud de densidad máxima y en la descripción del contenido electrónico total (TEC). En la actualidad, el modelo matemático es más fiable VOACAP , desarrollado por investigadores estadounidenses en los años 80 y hecho público en 1995.

Anomalías con el modelo ideal 

La teoría general idealiza que cada capa es lisa y uniforme. En realidad, la ionosfera es una capa grumosa, nublado, con manchas irregulares de la ionización.

ANOMALIA INVERNAL.

En las latitudes medias, la producción de iones de la capa F2 durante el día en verano es mayor, como se esperaba, ya que el sol brilla más directamente en la Tierra. Sin embargo, hay cambios estacionales en la atmósfera atómico-molecular relación neutral que producen una mayor tasa de pérdida de iones en el verano. El resultado es que el aumento en el verano de la pérdida supera el aumento de la producción, yionización FTotal de 2 es en realidad más bajos en los meses de verano local. Este efecto se conoce como la anomalía de invierno, aunque sería instintivo para definir anormalidad de verano .... La anomalía está siempre presente en el invierno del hemisferio norte, pero por lo general está ausente en el hemisferio sur durante los períodos de baja actividad solar. 

Anomalía Ecuatorial

Dentro de aproximadamente ± 20 grados del ecuador ecuador magnético es la anomalía. Esta es una concentración en la ionización de la capa F2. Las líneas magnéticas de la Tierra de campo
ecuador magnético horizontal. Calentamiento solar y las oscilaciones de las mareas
en la ionosfera inferior del plasma se mueven sobre ya través de las líneas de campo magnético.

Esto crea un movimiento de la electricidad en la región y que, con la fuerza del campo magnético horizontal desde el interior de la capa F de ionización, la concentración del ecuador magnético de ± 20 °. Este fenómeno se conoce como la fuente ecuatorial. 

Electrochorro ecuatorial

El viento solar genera la llamada actual cuadrados (tranquilo solar) en la región y la ionosfera (100-130 km de altitud). Derivadas de esta corriente es un campo electrostático dirigido EW (amanecer hasta el anochecer), en el día de la ionósfera ecuatorial. En el ecuador inclinación magnética, donde el campo magnético es horizontal, este campo eléctrico genera un mayor flujo de corriente dentro de ± 3 grados al este del ecuador magnético, conocido como el electrochorro ecuatorial.

Perturbaciones de la ionosfera 

Los rayos X: la perturbación ionosférica repentina (SID)

Cuando el Sol está activo, fuerte erupciones solares puede ocurrir que afectan La
TierraLos rayos X en el lado soleado. Que penetran en la capa D, que aumenta rápidamente la " absorción , causando un apagón de radio HF (3-30 MHz). Durante estos eventos, la muy baja frecuencia (3 - 30 kHz) se refleja en el nivel en lugar de la capa de E. D Cuando la perturbación ionosférica repentina (SID) se termina, los electrones en la capa D y las señales se recombinan rápidamente volver a la normalidad. 

Protones: la absorción del casquete polar (PCA)

Como sociato en las erupciones solares es una liberación de protones de alta energía. Estas partículas pueden golpear a la Tierra de 15 minutos a 2 horas después de la llamarada solar (enrojecimiento). Los protones en espiral alrededor y se alinean a lo largo de líneas de campo magnético y penetrar en la atmósfera terrestre cerca de los polos magnéticos mediante el aumento de la ionización de las capas D y E. El PCA es típicamente duró aproximadamente una hora a varios días, con un promedio de 24 a 36 horas.

 
Las tormentas geomagnéticas

Una tormenta geomagnética es una perturbación temporal pero intensa de la magnetosfera de la Tierra. Durante una tormenta geomagnética capa F2 se volverá inestable, fragmentada, e incluso pueden desaparecer por completo. A los polos Norte y Sur se verá la aurora Boreal en el norte y Austral en el sur.

Relámpago 

Un rayo puede causar perturbaciones en la ionosfera región D que utiliza ondas de radio VLF se lanzó a la magnetosfera. Estas llamadas "ondas de Whistler" son capaces de interactuar con la radiación y partículas solares y la precipitación de ellos en la ionosfera, la adición de ionización de la capa D. Estos trastornos se denominan rayos-inducida precipitaciones Electron (LEP) . ionización adicional también puede ocurrir por calentamiento directo / ionización como resultado de variaciones en los gastos de un rayo. Estos eventos se llaman temprana / rápida. En 1925, Wilson CF ha propuesto un mecanismo por el cual una descarga eléctrica de las tormentas eléctricas podría extenderse hacia arriba, desde las nubes a ionosfera. Al mismo tiempo, Robert Watson-Watt, que trabajaba enRadio Estación de InvestigaciónSlough, Reino Unido, ha sugerido que la capa E esporádica (Es) parece ser mejor a causa de un rayo, pero que la investigación debe ser exhaustiva. En2005 C. Davis y C. Johnson, del Laboratorio Rutherford Appleton en Oxfordshire, Reino Unido, mostraron que la capa Es realmente mejoró como resultado de ceraunica actividades. Sus investigaciones posteriores se ha centrado en el mecanismo por el cual este proceso puede ocurrir. En cualquier caso, las interacciones ionosfera del rayo, incluso si son probados, sólo afectará a las capas inferiores D y E.

Fabio Bonucci, IK0IXI - KF1B

Bibliografía: Kenneth Davies, Radio ionosférico , Peter Peregrinus Ltd., Londres, 1990