Lição 2 – A Terra e a sua ionosfera

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A vida terrestre está protegida das adversas condições do espaço exterior por uma camada de ar, que é relativamente espessa nas baixas altitudes e rarefeitas a altitudes de poucos quilômetros, onde já se torna difícil respirar. Razão pela qual alpinistas de grandes montanhas utilizam cilindros com máscaras de oxigênio.

A medida em que a altitude é maior, o ar é mais rarefeito; até alcançar o vácuo espacial conforme vemos em voos espaciais. A altitudes entre 50 a 400 km, o ar está tão rarefeito que a radiação procedente do espaço sideral, majoritariamente a radiação solar, pode ionizar o ar remanescente. Por este efeito, esta região atmosférica compreendida entre estas altitudes, é denominada ionosfera.

No processo de ionização, os átomos dos gases que constituem a atmosfera perdem um ou mais elétrons convertendo-se em íons (um íon é um átomo com eletrosfera incompleta devido à perda ou ganho de elétrons, um processo pelo qual fica carregado, respectivamente, com carga positiva ou negativa).

A figura 1 apresenta, qualitativamente para cada altitude, a concentração de elétrons por volume de ar. Esta concentração também recebe o nome de densidade iônica. Nota-se que entre 100 e 200 km a curva apresenta ‘bicos’, o que indica que existem descontinuidades na forma como íons e elétrons estão distribuídos na atmosfera. A partir de 200 km, a variação na concentração de elétrons é acentuada. Outra informação muito importante dada pelo gráfico mostra que há diferença da concentração de elétrons no período da noite e no período do dia. Isto altera o comportamento da ionosfera, mais especificamente, das diferentes camadas que a compõem.

Concentração de elétrons na ionosfera

Figura 1: Gráfico da concentração de elétrons por volume de ar conforme a altitude.

Camada D

A camada ionosférica mais próxima da superfície é a camada ou região D, que existe entre 50 e 90 km de altitude. Possui baixa concentração de elétrons e absorve a maior quantidade de energia eletromagnética. Existe apenas durante o dia, quando a energia solar ioniza as moléculas. Logo após o começo da noite, ela desaparece. A existência desta camada durante o dia diminui a transmissão da faixa AM a longas distâncias.

Camada E

Localizada entre 90 e 140 km, a camada E também é denominada camada Kennelly-Heaviside em homenagem ao engenheiro elétrico americano Arthur Edwin Kennelly (1861-1939) e o físico britânico Oliver Heaviside (1850-1925).

Esta camada reflete ondas de rádio de média frequência (MF) e por esta reflexão, estas ondas podem ser propagadas para além do horizonte. Durante o dia, o vento solar ‘aproxima’ esta camada da superfície, limitando a distância até onde as ondas de rádio podem ser propagadas. Durante a noite, o vento solar a ‘afasta’ da superfície, ampliando a distância que as ondas de rádio podem alcançar.

Dependendo das condições do vento solar e da energia absorvida durante o dia, pode ocorrer a formação da camada E-esporádica (ES) durante a noite. Esta camada caracteriza-se pela formação de finas nuvens de ionização muito intensa ao final da camada E; as quais podem causar reflexão das ondas de rádio de frequências acima de 50 MHz. A presença da camada E-esporádica pode durar de alguns minutos a algumas horas.

Camada F

Também denominada camada Appleton-Barnett, localiza-se entre as altitudes de 140 a 400 km. É onde ocorre a maior concentração de elétrons da atmosfera. Para facilitar o estudo do comportamento desta camada, foi feita a sua divisão em camada F1 e camada F2. O nome desta camada é uma homenagem ao físico inglês Edward Victor Appleton (1892-1965) e ao meteorologista Miles Aylmer Fulton Barnett (1901-1979).

Camada F1

A camada F1 é a parte inferior da camada F e localiza-se entre 140 e 220 km de altitude. Existe somente durante as horas da luz do dia podendo existir à noite esporadicamente (dependendo da atividade solar). Geralmente essa camada se junta à camada F2 durante a noite. Atua como refletora parcial para determinadas frequências.

Camada F2

A camada F2 localiza-se entre 220 e 400 km de altitude. Esta camada é a principal refletora de ondas de rádio de alta frequência (HF) durante o dia e a noite. A distância que um sinal pode ser refletido chega a 4000 km. Por sua importância, será estudada com mais detalhes nas próximas aulas.

Por fim a figura 2 apresenta um esquema didático das diferentes camadas ionosféricas durante o dia e a noite.

Camadas da ionosfera

Figura 2: Camadas ionosféricas existentes durante o dia e a noite.

Vá para a próxima lição e saiba como funciona a camada F2.

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