Paul Sparks
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Una densa capa de moléculas y partículas cargadas eléctricamente, llamada ionosfera, cuelga en la atmósfera superior de la Tierra comenzando a unas 35 millas (60 kilómetros) sobre la superficie del planeta y extendiéndose más allá de las 620 millas (1000 km). La radiación solar procedente de arriba amortigua las partículas suspendidas en la capa atmosférica. Las señales de radio desde abajo rebotan en la ionosfera y regresan a los instrumentos en 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??
Varias capas distintas forman la atmósfera de la Tierra, 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 capas D, E y F, según el Centro de Educación Científica de la UCAR..
La radiación ultravioleta extrema y los rayos X del sol bombardean estas regiones superiores de la atmósfera, golpeando los átomos y moléculas que se encuentran dentro de esas capas. La poderosa radiación desprende electrones cargados negativamente de las partículas, alterando la carga eléctrica de esas partículas. La nube resultante de electrones libres y partículas cargadas, llamadas iones, dio lugar al nombre de "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 de la ionosfera aparecen y desaparecen durante este ciclo diario, según la 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, uniéndose a los vientos de gran altitud y los sistemas climáticos severos que se están gestando en la Tierra..
Ilumina los cielos
La superficie abrasadora del sol expulsa corrientes de partículas muy cargadas, y estas corrientes se conocen como viento solar. Según el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, el viento solar vuela por el espacio a unas 25 millas (40 km) por segundo. Al alcanzar el campo magnético de la Tierra y la ionosfera de abajo, los vientos solares desencadenaron 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 radiación solar 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 informó Popular Mechanics..
Cerca de los círculos ártico y antártico, las auroras surcan el cielo todas las noches, según National Geographic. Las coloridas cortinas de luz, conocidas como la aurora boreal y la aurora austral, respectivamente, cuelgan a unas 620 millas (1000 km) sobre la superficie de la Tierra. Las auroras brillan en amarillo verdoso cuando los iones chocan contra partículas de oxígeno en la ionosfera inferior. La luz rojiza a menudo florece a lo largo de los bordes de las auroras, y también aparecen púrpuras y azules 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 la aurora, como el púrpura, sigue siendo un misterio".
Quien 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 se esforzaron por explicar, informó anteriormente el sitio hermano Space.com. Ríos brillantes de luz blanca y rosada fluyeron sobre Canadá, que está más al sur de lo que parecen la mayoría de las auroras. De vez en cuando, toques de verde se unían a la mezcla. Las misteriosas luces fueron nombradas Steve en homenaje a la película animada "Over the Hedge" y luego fueron rebautizadas como "Strong Thermal Emission Velocity Enhancement" - 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 todo lo que observamos, al menos con óptica, en la ionosfera".
Según un estudio de 2019 en la revista Geophysical Research Letters, 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 ellas..
Comunicación y navegación
Aunque las reacciones en la ionosfera pintan el cielo con tonos brillantes, también pueden interrumpir las señales de radio, interferir con los sistemas de navegación y, en ocasiones, provocar apagones generalizados..
La ionosfera refleja transmisiones de radio por debajo de los 10 megahercios, lo que permite a los militares, las aerolíneas y los científicos vincular los sistemas de radar y de comunicación a largas distancias. Estos sistemas funcionan mejor cuando la ionosfera es lisa, como un espejo, pero pueden verse alterados por irregularidades en el plasma. Las transmisiones GPS pasan a través de la ionosfera y, por lo tanto, tienen las mismas vulnerabilidades..
"Durante grandes tormentas geomagnéticas o eventos 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 basados en 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 el suelo..
Recursos adicionales:
- Vea una presentación de diapositivas de fantásticas auroras de National Geographic.
- Aprenda cómo funciona el GPS con el Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsonian.
- Vea una animación del campo magnético de la Tierra en acción, de Nova y Khan Academy.