Una densa capa de moléculas y partículas cargadas eléctricamente, llamada ionosfera, cuelga en la atmósfera superior de la Tierra comenzando a aproximadamente 35 millas (60 kilómetros) sobre la superficie del planeta y extendiéndose más allá de 620 millas (1,000 km). La radiación solar proveniente de arriba golpea partículas suspendidas en la capa atmosférica. Las señales de radio desde abajo rebotan en la ionosfera de regreso a los instrumentos en el suelo. Donde la ionosfera se superpone con campos magnéticos, el cielo estalla en brillantes pantallas de luz que son increíbles para la vista.
¿Dónde está la ionosfera?
Varias capas distintas forman la atmósfera de la Tierra, incluida la mesosfera, que comienza a 31 millas (50 km), y la termosfera, que comienza a 53 millas (85 km). La ionosfera consta de tres secciones dentro de la mesosfera y la termosfera, etiquetadas como las capas D, E y F, según el Centro UCAR para la Educación Científica.
La radiación ultravioleta extrema y los rayos X del sol bombardean estas regiones superiores de la atmósfera, golpeando los átomos y las moléculas que se encuentran dentro de esas capas. La potente 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, llamadas iones, llevó al nombre de "ionosfera". El gas ionizado, o plasma, se mezcla con la atmósfera más densa y neutra.
La concentración de iones en la ionosfera varía con la cantidad de radiación solar que se ejerce sobre 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 los 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 llamaradas solares explosivas y las ráfagas de viento solar provocan cambios repentinos en la ionosfera, formando equipo con vientos de gran altitud y sistemas climáticos severos que se están gestando en la Tierra a continuación.
Ilumina los cielos
La superficie abrasadora del sol expulsa corrientes de partículas altamente cargadas, y estas corrientes se conocen como viento solar. Según el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA, el viento solar vuela a través del espacio a aproximadamente 40 kilómetros por segundo. Al alcanzar el campo magnético de la Tierra y la ionosfera debajo, 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 la magnetosfera. Generada al batir hierro fundido en el núcleo de la Tierra, la magnetosfera envía radiación solar corriendo hacia cualquiera de los polos. Allí, las partículas cargadas chocan con sustancias químicas que giran en la ionosfera, generando las auroras hechizantes.
Los científicos han descubierto que el propio campo magnético del sol golpea al más débil de la Tierra, desplazando las auroras hacia el lado nocturno del planeta, según informa Popular Mechanics.
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 la aurora boreal y la aurora austral, respectivamente, cuelgan aproximadamente a 620 millas (1,000 km) sobre la superficie de la Tierra. Las auroras brillan de color verde-amarillo cuando los iones chocan con 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 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 tuvieron dificultades para explicar, informó anteriormente el sitio hermano de Live Science, Space.com. Brillantes ríos 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, se unían rayas verdes. Las luces misteriosas se llamaron Steve en homenaje a la película animada "Over the Hedge" y luego se renombró como "Mejora de la velocidad de emisión térmica fuerte" - 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 observemos, al menos con la 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, a medida que las partículas cargadas caen sobre la atmósfera. Sin embargo, en STEVE, 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, a veces, causar apagones generalizados.
La ionosfera refleja transmisiones de radio por debajo de 10 megahercios, lo que permite que militares, aerolíneas y científicos conecten sistemas de radar y 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 climáticos espaciales, las corrientes 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 con satélite y modelos de computadora 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 debajo.
