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Ionosfera


¿Qué es la ionosfera?

La ionosfera es una capa de la atmósfera que abarca aproximadamente desde unos 80 kilómetros hasta 400 o 500 kilómetros de altura y que se caracteriza la elevada densidad de átomos y moléculas cargados de electricidad presentes en ella.

Recibe su nombre de los procesos de ionización que tienen lugar en su seno, y el origen del término procede de dos palabras griegas: iώv (que significa ion) y σφαῖρα (esfera en castellano).

Mientras el Sol está permanentemente brillando, va generando una gran cantidad de radiación electromagnética. Esta radiación incide en la atmósfera de la Tierra, cargando con electricidad los diferentes átomos y moléculas. Una vez que todas las partículas están cargadas, se forma lo que conocemos como ionosfera.

Características e importancia de la ionosfera

El principal rasgo diferencial de esta región de la atmósfera es que está en continua ionización como consecuencia de la radiación solar.

Durante el proceso de ionización, los átomos se separan formando iones, lo que provoca oscilaciones térmicas extremas de sus gases, que pueden ir desde unos -70 °C hasta más 1.500 °C. Por ello, habitualmente se confunde esta capa con la termosfera, aunque, como veremos más adelante, no son lo mismo.

Los gases aparecen ionizados ya que en esta región se absorben las radiaciones solares con menor longitud de onda, conocidos como rayos X y rayos gamma, que son muy energéticos.

Gracias a la absorción de estas radiaciones, la ionosfera actúa como capa protectora del planeta, ya que éstas serían muy dañinas si consiguieran alcanzarnos, y harían imposible el desarrollo de la vida tal y como lo conocemos.

Dentro de la ionosfera, los electrones pueden moverse con mayor libertad debido a que la densidad de los gases es mucho menor si la comparamos con las capas inferiores. Esto le confiere las condiciones ideales para ser una excelente conductora de la electricidad.

Esta circunstancia, aunque pueda parecer intranscendente para muchos, permite que en esta capa se facilite la propagación de ondas de radio y de televisión hasta los diferentes lugares del planeta.

Además, debido a las altísimas temperaturas en esta capa se produce la desintegración de los meteoritos y otros asteroides, formando las estrellas fugaces que podemos visualizar en las noches despejadas.

Al entrar estas rocas en contacto con la ionosfera y debido a las altas temperaturas que se encuentran en algunos puntos, los diferentes objetos se vuelven incandescentes y rodeados de fuego hasta que terminan por desintegrarse.

Sin embargo, las estrellas fugaces no son el único fenómeno luminoso que tiene lugar en la ionosfera. En las regiones polares, las partículas cargadas (iones) transportadas por el viento solar se ven atrapadas por el campo magnético terrestre, penetrando por el límite superior de la ionosfera y permitiendo la formación de auroras. Este fenómeno lo detallaremos más adelante en un apartado específico.

Otra propiedad fundamental para considerar es que la ionosfera constituye una parte muy activa en la atmósfera, y se “infla” o “desinfla” en función de la cantidad de energía que reciba y absorba del Sol. Esa oscilación en su tamaño depende directamente de la temperatura, la cual a su vez depende de la actividad solar.

A mayor temperatura (mayor actividad solar), mayor será el tamaño de la ionosfera, mientras que cando estas variables disminuyen, también lo hace su tamaño. Por tanto, durante el día el espesor de esta capa será mayor que por la noche, al profundizar más la ionización en la atmósfera.

Estructura de la ionosfera

Dentro de la ionosfera pueden diferenciarse diferentes niveles según la composición y la concentración de los iones que la forman:

  • Región D

Constituye el nivel inferior de la ionosfera, con altitudes que como mucho alcanzan los 70-90 km respecto a la superficie.

Es una región exclusiva del día, ya que durante la noche desaparecen casi por completo sus electrones libres. Por la noche estos electrones se asocian con átomos de oxígeno para formar oxígeno molecular (eléctricamente neutro).

  • Región E

Se extiende por encima de la capa D hasta unos 160 km de altura.

En este caso, las ionizaciones permanecen también durante el periodo nocturno, aunque disminuyen, por lo que el espesor de esta región decrece por la noche.

También se la conoce como región Kennelly-Heaviside, en honor a Arthur Kennelly (ingeniero americano) y a Oliver Heaviside (físico británico).

  • Región F

Es la capa superior, por encima de la capa E, hasta unos 600 km de altura en promedio.

Al ser la más cercana al sol, es la región con una mayor concentración de electrones libres y la que recibe más cantidad de radiación solar.

Durante el día, se puede dividir en 2 capas: una capa más estrecha superior denominada F1, y otra capa de mayor tamaño y con altos niveles de ionización que se conoce como F2

Durante la noche no existe esta diferencia entre subcapas y ambas pueden considerarse un conjunto al nivel de la región F2, conocido como capa Appleton.

Las capas inferiores, D y E, propagan ondas de radio de baja frecuencia, mientras que la capa F refleja las ondas de radio con mayores frecuencias.

¿Es lo mismo que la termosfera?

Aunque en ocasiones se hable indistintamente de ionosfera y termosfera, la realidad es que ambos conceptos son diferentes.

Mientras que la termosfera hace referencia al cuarto nivel (comenzando desde abajo) de la atmósfera según el perfil vertical de la temperatura en ella, la ionosfera se refiere a aquella región de la atmósfera en la que se producen ionizaciones, y ésta suele abarcar la termosfera en su totalidad, pero también parte de la mesosfera y/o de la exosfera (otros dos niveles de la atmósfera según el comportamiento térmico).

Por tanto, podríamos decir que la termosfera está incluida en la ionosfera; no obstante, otros autores sugieren que es al revés, es decir, que la ionosfera forma parte de la termosfera. No existe un criterio único en este tema. Además, en ambos casos, son muy difíciles de establecer sus límites.

Por encima de la ionosfera encontramos la magnetosfera, región en la que actúa el campo magnético terrestre. Por tanto, la ionosfera tiene cargas eléctricas y la magnetosfera cuenta con cargas magnéticas.

¿Qué fenómenos tienen lugar en la ionosfera?

En la ionosfera es donde aparece uno de los fenómenos naturales con mayor fama por su belleza, la aurora boreal.

La aurora boreal es un fenómeno astronómico y luminiscente que aparece en el cielo nocturno principalmente de la región polar del hemisferio norte. Aunque con menor frecuencia e intensidad, también puede aparecer en las regiones polares del hemisferio sur, en lo que se conoce como aurora austral.

Constituye uno de los fenómenos meteorológicos en los que se manifiesta la electricidad atmosférica de manera audible o visual; es decir, se trata de un electrometeoro.

Las partículas solares se ionizan cuando entran en contacto con el campo magnético de la Tierra, en la parte superior de la atmósfera, dando como resultado este fenómeno visual. Además, la intensidad de éste dependerá de la actividad solar y de la aceleración de las partículas.

El Sol emite continuamente un flujo de partículas cargadas conocido como radiación cósmica. Cuando estas partículas chocan con el campo magnético terrestre, son arrastradas por la magnetosfera hacia los polos (que actúan como imanes), colisionando a su paso con átomos de oxígeno y nitrógeno, produciendo los destellos de luz.

Estas partículas descienden por las líneas invisibles de campo magnético (magnetosfera) que desembocan en los polos, formando anillos o haces de color alrededor de la esfera terrestre en latitudes altas. La aurora que vemos es el resultado de millones de átomos ionizados al emitir pequeños destellos de luz en lo alto del cielo nocturno polar.

Aunque cualquier fecha comprendida entre septiembre y abril es buena para ver auroras boreales, son los días alrededor de los equinoccios de otoño y primavera (finales de septiembre y finales de marzo) la mejor época del año para contemplarlas, ya que son estadísticamente los momentos de mayor actividad solar.

Las auroras aparecen como luces que “danzan” en lo alto del cielo y que van cambiando de color y forma. Generalmente son verdes, aunque también pueden aparecer distintas tonalidades rojas, violetas, azuladas, o incluso (aunque en raras ocasiones) rosas o naranjas.

Estos colores van a depender de las especies gaseosas atmosféricas que se excitan por las partículas del viento solar, así como del nivel de energía alcanzado por estas especies.

El color más habitual es el verde, como consecuencia del choque de las partículas solares con átomos de oxígeno a altitudes comprendidas entre los 120 y 250 kilómetros. A mayor altitud, existe una mayor dispersión de los átomos de oxígeno, y emiten luz con una mayor longitud de onda, predominando los colores rojizos.

A menor altura (por debajo de 120 kilómetros), el impacto de las partículas entrantes puede darse contra átomos de nitrógeno, dando lugar a luces azuladas, con menor longitud de onda.

Por último, con una fuerte actividad solar, las colisiones pueden sucederse lo suficientemente arriba en la atmósfera como para crear tonos púrpuras (menor longitud de onda todavía).

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