¿Qué es la ionosfera?
Llamamos «ionosfera» a la capa atmosférica que se extiende desde los 80 hasta los 400 o 500 kilómetros de altura aproximadamente, y que se distingue principalmente por la gran concentración de moléculas y átomos cargados de electricidad (iones).
Su nombre se debe a los procesos de ionización que ocurren en su interior, y surge de la combinación de dos términos griegos: «iώv» (“ion”) y «σφαῖρα» (“esfera”).
La ionización de átomos y moléculas en esta capa se debe al efecto de los rayos gamma y rayos X, provenientes del sol, sobre las moléculas que conforman los gases en la alta atmósfera.
Características e importancia de la ionosfera
La ionosfera se caracteriza fundamentalmente por ser una región de la atmósfera donde, de manera continua, ocurren procesos de ionización gracias a la incidencia de la radiación solar.
La ionización de átomos y moléculas provoca oscilaciones térmicas muy importantes en los gases que conforman. Por tal motivo, en esta capa las temperaturas pueden variar desde los -70°C hasta los 1.500°C aproximadamente.
Estos cambios tan grandes de temperatura, que dependen directamente de la actividad solar, hacen que la ionosfera aumente o disminuya su espesor. Vale recordar que, a mayor temperatura, los gases se expanden. Por ende, podemos concluir que la capa se ensanchará si aumenta la energía proveniente del Sol, y se volverá más delgada si esta disminuye. Eso explica por qué la ionosfera se expande durante el día y se contrae durante la noche.
Esta particularidad térmica hace que la capa también sea conocida como «termosfera». De todas formas, si bien ambos términos se usan para referir a la misma región de la atmósfera, resaltan características distintas, por eso ionosfera y termosfera no suelen ser consideradas como una misma capa.
La ionización de átomos y partículas en esta región se debe a que los gases absorben buena parte de la radiación solar de onda corta, o, más específicamente, absorben los rayos X y rayos gamma, que son muy energéticos.
Gracias a su capacidad para absorber este tipo de radiación, la ionosfera se comporta como una capa protectora para nuestro planeta, ya que, de no existir, tanto los rayos X como los rayos gamma llegarían a los niveles más bajos, resultando muy dañinos para la vida tal y como la conocemos.
En el interior de la ionosfera, los electrones se mueven con un alto grado de libertad, debido a la baja densidad de los gases presentes. Esto la vuelve una región óptima para la conducción de electricidad.
Gracias a esta cualidad de la ionosfera, las ondas electromagnéticas que llegan a los niveles más altos de la atmósfera son reflejadas nuevamente hacia el interior. Esto nos permite, por ejemplo, emitir ondas de radio desde la superficie hasta puntos muy distantes de nuestro planeta, gracias al “rebote” contra la ionosfera.
Por otra parte, las altísimas temperaturas en esta capa contribuyen a la desintegración de los asteroides que ingresan a la atmósfera. Estos, al desintegrarse, despiden destellos de luz y dan lugar al fenómeno que conocemos como meteoro o “estrella fugaz”.
No obstante, las estrellas fugaces no son el único fenómeno luminoso que tiene lugar en la ionosfera. Las partículas cargadas transportadas por el viento solar quedan atrapadas en el campo magnético terrestre, que las “guía” por el límite superior de la ionosfera hasta las regiones polares, dando lugar a la formación de auroras.
Estructura de la ionosfera
En función de la composición y la concentración de iones, la ionosfera puede subdividirse en diferentes regiones:
- Región D
Se ubica en el nivel inferior de la ionosfera, con un límite superior que, como mucho, puede alcanzar los 70 o 90 km de altura.
Es una región que se manifiesta durante el día, ya que por la noche desaparecen casi completamente sus electrones libres, debido a que se asocian con átomos de oxígeno para formar oxígeno molecular (eléctricamente neutro).
- Región E
Se extiende desde el límite superior de la capa D hasta los 160 km de altura aproximadamente.
A diferencia de la región anterior, los procesos de ionización en la región D continúan también durante la noche, aunque en menor medida. Por tal motivo, su espesor decrece en horas nocturnas, pero no desaparece por completo.
- Región F
Se ubica en la zona superior de la ionosfera, desde el límite superior de la región E hasta los 600 km de altura aproximadamente.
Por ser la región más expuesta a la radiación solar, presenta la mayor concentración de electrones libres.
Durante el día, se pueden diferenciar 2 subcapas: Una más estrecha que se ubica en la zona inferior, conocida como “F1”, y otra de mayor espesor que se encuentra en la parte superior (donde los niveles de ionización son muy altos), denominada “F2”.
Por el contrario, durante la noche no existen subcapas, sino que, tanto la región F1 como la F2, conforman lo que se conoce como “capa Appleton”.
Mientras que las regiones D y E propagan ondas de radio de baja frecuencia, la región F refleja las ondas de radio con frecuencias mayores.
¿En qué se diferencia de la termosfera?
Se conoce como “termósfera” a la cuarta capa de la atmósfera (contando desde la superficie), en función de cómo varía el perfil vertical de la temperatura. En cambio, se denomina “ionosfera” a la región de la atmósfera donde tienen lugar los procesos de ionización. La confusión que puede darse entre los dos términos, es que la ionosfera suele abarcar a la termosfera en su totalidad (también parte de la mesosfera y la exosfera).
Por lo tanto, si bien la termosfera puede coincidir espacialmente con la ionosfera, su ubicación depende estrictamente de otros factores. Entonces, no es correcto mencionar ambas regiones como una misma capa.
¿Por qué se producen auroras en la ionosfera?
Uno de los fenómenos más conocidos que se producen en la ionosfera son las auroras. Estas se manifiestan como destellos luminosos en el cielo nocturno de regiones polares o subpolares.
Las auroras son consideradas “electrometeoros”, debido a que son fenómenos de naturaleza eléctrica, y las podemos percibir tanto de manera visual como audible.
La formación de auroras se debe a la ionización que sufren las partículas solares una vez que hacen contacto con el campo magnético terrestre. Estas partículas son emitidas contínuamente desde la superficie del Sol, y llegan a la ionosfera en forma de radiación cósmica.
Cuando las partículas solares alcanzan nuestro campo magnético, son arrastradas hacia los polos (que actúan como imanes), colisionando con átomos de oxígeno e hidrógeno y generando reacciones que dan lugar a los destellos de luz que conocemos como auroras.
En líneas generales, podemos decir que las auroras son millones de átomos ionizados que emiten pequeños destellos de luz en la alta atmósfera, visibles en el cielo nocturno polar o subpolar.
Mayormente, el color de las auroras es verde, pero también pueden adquirir tonalidades rojas, violetas, azules, rosas o naranjas. El color de una aurora va a depender tanto del tipo de partículas ionizadas como del nivel de energía que estas alcanzan.