Ionosfera

part de l'atmosfera terrestre ionitzada permanentment degut a la fotoionització que provoca la radiació solar

La ionosfera[1] és una regió de la part superior de l'atmosfera terrestre, es caracteritza per contenir un nombre molt gran de partícules carregades elèctricament, electrons i ions, que modifiquen la propagació de les ones de ràdio. La presència de les partícules carregades és deguda a l'acció de la radiació que reben els àtoms lliures i les molècules d'aire, aquesta radiació és majoritàriament de procedència solar.[2] La ionosfera reflecteix una part de les ones de ràdio emeses des de la superfície terrestre, especialment les d'alta freqüència dites d'ona curta, aquesta propagació ionosfèrica possibilita que les ones puguin arribar a grans distàncies, salvant la curvatura de la Terra i el relleu que limiten la propagació terrestre de les ones.[3] La seva extensió és variable, entre els 80 i els 300 km d'altura en valors mitjans,[1] i amb una marcada diferenciació entre el dia, quan rep la radiació solar, i la nit.

Les ones curtes es reflecteixen en la ionosfera i poden arribar molt lluny de l'emissor, salvant la curvatura de la terra i les muntanyes.

En les regions polars, les partícules carregades dutes pel vent solar són atrapades pel camp magnètic terrestre incidint sobre la part superior de la ionosfera i donant lloc a la formació d'aurores. Pot arribar a temperatures superiors als 726'85 °C (1.000 K).

EtimologiaModifica

El mot ionosfera, es va originar vers l'any 1920 i va ser adoptat formalment el 1950 per un comitè de l'Institute of Radio Engineers, predecessor de l'actual IEEE, amb la definició de "part l'atmosfera superior terrestre on hi ha prou quantitat d'ions i d'electrons lliures com per a afectar la propagació de les ones de ràdio".[2]

HistòriaModifica

El primer a especular amb l'existència d'una capa conductora a l'atmosfera terrestre, arran de les variacions del Camp magnètic terrestre, va ser el matemàtic alemany Carl Friedrich Gauß (1777 - 1855) l'any 1839. El 1902[2] aquesta idea va ser recuperada per l'enginyer estatunidenc Arthur Edwin Kennelly (1861 – 1939) i el físic anglès Oliver Heaviside (1850 - 1925) que van concloure, de manera independent, que era necessària per tal de poder explicar la transmissió de les ones de ràdio a grans distàncies.[1] Finalment la ionosfera seria detectada el 1924[4] pel físic anglès Edward Victor Appleton (1892 - 1965), que rebria el premi Nobel de Física del 1947 per les seves investigacions i descobriments sobre la ionosfera i les seves capes.[5]

Capes de la ionosferaModifica

 
Capes de la ionosfera. Durant la nit només hi ha les capes E i F. Durant el dia, per l'acció solar, es forma la capa D i les altres s'enforteixen. Sovint, durant el dia, la capa F se separa en dues subcapes F1 i F2

Històricament s'ha dividit la ionosfera en una sèrie de capes, D, E i F, amb dues subdivisions a la capa F, F1 i F2. Edward Victor Appleton en seria el creador d'aquesta nomenclatura. Appleton anomenava E al camp elèctric de les ones reflectides per la primera de les capes que va identificar i estudiar. Més tard en va identificar una altra a una altura més gran i va anomenar F al camp elèctric de les ones reflectides. Finalment va suposar que havia d'existir una capa a menys altura i va denotar amb la lletra D el camp elèctric de les ones reflectides. Amb el temps aquestes lletres van acabar per designar les capes mateixes. Avui dia sabem que la densitat d'electrons s'incrementa més o menys uniformement amb l'altura, des de la zona D fins a la F2, però la nomenclatura ha continuat en ús, evolucionant la seva definició per adaptar-se al coneixement de les propietats físiques i químiques subjacents.[2]

Capa DModifica

La capa D és la més baixa, que estaria entre els quilòmetres 70 i 80, es caracteritza per reflectir les ones de ràdio de freqüències baixes i absorbir les de freqüència mitjana i alta, un altre tret específic és que només existeix de dia, mentre rep la radiació solar,[1] els electrons lliures pràcticament hi desapareixen durant la nit perquè es recombinen amb ions d'oxigen per a formar molècules d'oxigen, elèctricament neutres. Això explica la reducció de la distància que poden atènyer les transmissions de ràdio durant el dia, i el seu augment durant la nit quan les ones poden arribar a les capes E i F que les reflecteixen.[2]

Capa EModifica

Aquesta capa s'estén aproximadament entre els quilòmetres 90 i 160. La ionització no desapareix durant la nit, tot i que disminueix considerablement. Durant el dia la seva densitat d'electrons lliures és d'un 105 electrons per centímetre quadrat.[2]

Capa FModifica

La capa F s'estén a partir del quilòmetre 160[2] i fins al 300.[1] El seu grau d'ionització és força constant i elevat, essent la regió amb una densitat més gran d'electrons lliures, i amb canvis petits durant la nit. El que canvia és la distribució, durant el dia es poden diferenciar dues capes, la F1, per sota, i la F2, per sobre. Però de nit es fusionen en una única capa F. Aquesta capa reflecteix les ones de ràdio amb freqüències fins aproximadament els 35 MHz.[2]

La ionitzacióModifica

Els mecanismes que participen la ionització de la ionosfera i la seva variació són la fotoionització de les molècules i àtoms de gas atmosfèric, la dissociació i posterior recombinació i la difusió dels electrons i dels ions.

Una gran part de l'electrificació de la ionosfera és ocasionada per la fotoionització. Els fotons que tenen longituds d'ona curtes, i, per tant, freqüències altes, són absorbits pels gasos de l'atmosfera, aquest procés comporta que una part de l'energia absorbida sigui utilitzada per expulsar un electró, de manera que un àtom o una molècula elèctricament neutres esdevenen dues partícules carregades, un electró carregat negativament i un ió amb una càrrega positiva. El llindar de la longitud d'ona necessari per a ionitzar l'oxigen molecular (O2) és de 102,7 nm, 91.1 nm per als àtoms d'oxigen i 79,6 nm per al nitrogen molecular (N2). El ions tenen tendència a reaccionar amb les molècules neutres dels gasos per tal de generar ions més estables, per exemple, els àtoms ionitzats de l'oxigen (O+) poden reaccionar amb l'oxigen i el nitrogen moleculars (O2 o N2) per a formar molècules d'oxigen ionitzades (O2+) i ions de monòxid de nitrogen (NO+).[2]

Vegeu tambéModifica

ReferènciesModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Ionosfera
  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 «ionosfera». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 «ionosphere and magnetosphere» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc.. [Consulta: 30 octubre 2021].
  3. «Stratosphere and mesosphere» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc.. [Consulta: 30 octubre 2021].
  4. «The Nobel Prize in Physics 1947. Edward V. Appleton. Facts» (en anglès). The Nobel Foundation. The Nobel Prize. [Consulta: 30 octubre 2021].
  5. «The Nobel Prize in Physics 1947» (en anglès). The Nobel Foundation. The Nobel Prize. [Consulta: 30 octubre 2021].