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¿Qué es la ionosfera? ¿Y quién es Steve?

Una aurora sobre el polo sur, capturada por la nave espacial IMAGE de la NASA en 2004.
Imagen: © NASA / UC Berkeley

Una capa densa de moléculas y partículas cargadas eléctricamente, llamada ionosfera, cuelga en el atmósfera superior de la Tierra comenzando aproximadamente a 35 millas 60 kilómetros sobre la superficie del planeta y extendiéndose más allá de 620 millas 1,000 km. La radiación solar que proviene de arriba golpea las partículas suspendidas en la capa atmosférica. Las señales de radio desde abajo rebotan en la ionosfera y regresan a los instrumentosen el suelo. Donde la ionosfera se superpone con los campos magnéticos, el cielo estalla en pantallas de luz brillante que son increíbles de contemplar.

¿Dónde está la ionosfera?

Se componen varias capas distintas atmósfera terrestre , incluida la mesosfera, que comienza a 31 millas 50 km hacia arriba, y la termosfera, que comienza a 53 millas 85 km hacia arriba. La ionosfera consta de tres secciones dentro de la mesosfera y la termosfera, denominadas D, E yCapas F, según Centro de Educación Científica UCAR .

Radiación ultravioleta extrema y rayos X desde el sol bombardean estas regiones superiores de la atmósfera, golpeando los átomos y moléculas contenidas dentro de esas capas. La poderosa radiación desaloja los electrones cargados negativamente de las partículas, alterando la carga eléctrica de esas partículas. La nube resultante de electrones libres y partículas cargadas, llamados iones, llevaron al nombre "ionosfera". El gas ionizado, o plasma , se mezcla con la atmósfera neutra más densa.

La concentración de iones en la ionosfera varía con la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra. La ionosfera se vuelve densa con partículas cargadas durante el día, pero esa densidad disminuye por la noche a medida que las partículas cargadas se recombinan con electrones desplazados. Capas enteras dela ionosfera aparece y desaparece durante este ciclo diario, según NASA . La radiación solar también fluctúa durante un período de 11 años, lo que significa que el sol puede emitir más o menos radiación según el año.

Las erupciones solares explosivas y las ráfagas de viento solar provocan cambios repentinos en la ionosfera, formando equipo con vientos de gran altitud y los sistemas climáticos severos que se están gestando en la Tierra a continuación.

La ionosfera de la Tierra, una región de partículas cargadas, se extiende hasta el límite entre la Tierra y el espacio. Crédito de la imagen: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA, Duberstein

Ilumina los cielos

La superficie abrasadora del sol expulsa corrientes de partículas muy cargadas, y estas corrientes se conocen como viento solar. Según Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA , el viento solar vuela a través del espacio a aproximadamente 40 km 25 millas por segundo. Al alcanzar el campo magnético de la Tierra y la ionosfera debajo, los vientos solares desencadenan una colorida reacción química en el cielo nocturno llamada aurora.

Cuando los vientos solares azotan la Tierra, el planeta permanece protegido detrás de su campo magnético, también conocido como magnetosfera . Generada al batir hierro fundido en el núcleo de la Tierra, la magnetosfera envía la radiación solar corriendo hacia cualquiera de los polos. Allí, las partículas cargadas chocan con los químicos que se arremolinan en la ionosfera, generando las fascinantes auroras.

Los científicos han descubierto que el propio campo magnético del sol aplasta el más débil de la Tierra, desplazando las auroras hacia el lado nocturno del planeta, según lo informado por Mecánica popular .

Cerca de los círculos árticos y antárticos, las auroras surcan el cielo todas las noches, según National Geographic . Las coloridas cortinas de luz, conocidas como aurora boreal y aurora australis, respectivamente, cuelgan a unas 620 millas 1000 km sobre la superficie de la Tierra. Las auroras brillan en amarillo verdoso cuando los iones golpean partículas de oxígeno en la ionosfera inferior. La luz rojiza a menudo florece a lo largo de los bordes de las auroras, y los púrpuras ylos azules también aparecen en el cielo nocturno, aunque esto ocurre raramente.

"La causa de la aurora es algo conocida, pero no está completamente resuelta", dijo Toshi Nishimura, geofísico de la Universidad de Boston. "Por ejemplo, lo que causa un tipo particular de color de aurora, como el púrpura, sigue siendo unamisterio."

¿Quién es Steve?

Más allá de las auroras, la ionosfera también alberga otros impresionantes espectáculos de luces.

En 2016, los científicos ciudadanos detectaron un fenómeno particularmente llamativo, que los científicos lucharon por explicar, sitio hermano de Rhythm89 Space.com informó anteriormente . Ríos brillantes de luz blanca y rosada fluían sobre Canadá, que está más al sur de lo que parece la mayoría de las auroras. De vez en cuando, se unían toques de verde a la mezcla. Las misteriosas luces se llamaron Steve en homenaje a la película animada "Over the Hedge" ymás tarde fueron rebautizados como "Fuerte mejora de la velocidad de emisión térmica" ⁠, todavía STEVE para abreviar.

"Hemos estado estudiando la aurora durante cientos de años y no pudimos, y aún no podemos, explicar qué es Steve", dijo Gareth Perry, científico del clima espacial en el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey ".Es interesante porque sus emisiones y propiedades son diferentes a cualquier otra cosa que observamos, al menos con óptica, en la ionosfera ".

Según un estudio de 2019 en la revista Cartas de investigación geofísica , las rayas verdes dentro de STEVE pueden desarrollarse de manera similar a cómo se forman las auroras tradicionales, cuando las partículas cargadas llueven sobre la atmósfera. En STEVE, sin embargo, el río de luz parece brillar cuando las partículas dentro de la ionosfera chocan y generan calor entre sí.

La fotografía de este astrónomo aficionado, tomada el 8 de mayo de 2016, en Keller, Washington, se utilizó en la nueva investigación sobre el fenómeno celeste llamado STEVE. Las estructuras principales son dos bandas de emisiones atmosféricas superiores ubicadas a 100 millas 160 kilómetros arribael suelo: un arco rojizo y una valla verde. Crédito de la imagen: Rocky Raybell

comunicación y navegación

Aunque las reacciones en la ionosfera pintan el cielo con tonos brillantes, también pueden alterar señales de radio , interfieren con los sistemas de navegación y, a veces, provocan cortes de energía generalizados.

La ionosfera refleja transmisiones de radio por debajo de 10 megahercios, lo que permite a las fuerzas armadas, las aerolíneas y los científicos vincular los sistemas de radar y de comunicación a largas distancias. Estos sistemas funcionan mejor cuando la ionosfera es suave, como un espejo, pero pueden verse interrumpidos por irregularidades enplasma.Las transmisiones GPS pasan a través de la ionosfera y, por lo tanto, tienen las mismas vulnerabilidades

"Durante las grandes tormentas geomagnéticas o los fenómenos meteorológicos espaciales, las corrientes [en la ionosfera] pueden inducir otras corrientes en el suelo, redes eléctricas, tuberías, etc. y causar estragos", dijo Perry. Una de esas tormentas solares causó el famoso apagón de Quebec de 1989. "Treinta años después, nuestros sistemas eléctricos siguen siendo vulnerables a tales eventos".

Los científicos estudian la ionosfera utilizando radares, cámaras, instrumentos conectados a satélites y modelos informáticos para comprender mejor la dinámica física y química de la región. Armados con este conocimiento, esperan predecir mejor las interrupciones en la ionosfera y prevenir los problemas que pueden causar en latierra abajo.

Recursos adicionales :