Un strat dens de molecule și particule încărcate electric, numit ionosferă, atârnă în atmosfera superioară a Pământului începând de la aproximativ 35 de mile (60 de kilometri) deasupra suprafeței planetei și se întinde dincolo de 620 mile (1.000 km). Radiația solară provenită de la particulele de sub bufete suspendate în stratul atmosferic Semnalele radio de jos sări din ionosferă înapoi la instrumentele de pe sol. În cazul în care ionosfera se suprapune cu câmpuri magnetice, cerul izbucnește în afișaje de lumină strălucitoare, care sunt incredibile de văzut.
Unde este ionosfera?
Mai multe straturi distincte alcătuiesc atmosfera Pământului, inclusiv mezosfera, care pornește la 50 km (50 km) și termosfera, care începe la 53 km (85 km) în sus. Ionosfera este formată din trei secțiuni din mezosferă și termosferă, marcate cu straturile D, E și F, conform Centrului UCAR pentru Educație Științifică.
Radiațiile ultraviolete extreme și razele X de la soare bombardează aceste regiuni superioare ale atmosferei, lovind atomii și moleculele deținute în aceste straturi. Radiația puternică îndepărtează electronii încărcați negativ din particule, modificând sarcina electrică a acestor particule. Norul rezultat de electroni liberi și particule încărcate, numiți ioni, a dus la denumirea de "ionosferă". Gazul ionizat sau plasma se amestecă cu atmosfera mai densă și neutră.
Concentrația de ioni din ionosferă variază în funcție de cantitatea de radiații solare care se reduce pe Pământ. Ionosfera crește dens cu particule încărcate în timpul zilei, dar această densitate scade noaptea pe măsură ce particulele încărcate se recombină cu electroni deplasați. Straturile întregi ale ionosferei apar și dispar în timpul acestui ciclu zilnic, conform NASA. Radiația solară fluctuează, de asemenea, pe o perioadă de 11 ani, ceea ce înseamnă că soarele poate emite radiații mai mult sau mai puțin în funcție de an.
Flacăre solare explozive și rafale de vânt solar stârnesc schimbări bruște în ionosferă, alături de vânturi de mare altitudine și sisteme meteorologice severe, apărute pe Pământ.
Luminați cerul
Suprafața fierbinte a soarelui expulzează fluxuri de particule puternic încărcate și aceste fluxuri sunt cunoscute sub numele de vânt solar. Potrivit Marshall Space Flight Center al NASA, vântul solar zboară prin spațiu la aproximativ 25 de mile (40 km) pe secundă. După ce au ajuns la câmpul magnetic al Pământului și la ionosfera de mai jos, vânturile solare au declanșat o reacție chimică colorată pe cerul nopții numit aurora.
Când vânturile solare biciuiesc pe Pământ, planeta rămâne protejată în spatele câmpului său magnetic, cunoscută și sub denumirea de magnetosferă. Generată prin arderea fierului topit în miezul Pământului, magnetosfera trimite radiații solare care curg spre oricare pol. Acolo, particulele încărcate se ciocnesc cu substanțe chimice care se învârt în ionosferă, generând aurorele de vrajă.
Oamenii de știință au descoperit că propriul câmp magnetic al soarelui zgâlțâie cel mai slab al Pământului, deplasând aurorele spre latura nocturnă a planetei, după cum raportează Popular Mechanics.
În apropiere de cercurile arctice și antarctice, aurorii se strecoară pe cer în fiecare noapte, potrivit National Geographic. Perdele colorate de lumină, cunoscute sub numele de aurora borealis și, respectiv, aurora australis, atârnă aproximativ 620 mile (1.000 km) deasupra suprafeței Pământului. Aurorele strălucesc verde-galben atunci când ionii lovesc particule de oxigen din ionosfera inferioară. Lumina roșiatică înflorește adesea de-a lungul marginilor aurorei și purpurii și albastru apar și pe cerul nopții, deși acest lucru se întâmplă rar.
"Cauza aurorei este oarecum cunoscută, dar nu este în totalitate rezolvată", a spus Toshi Nishimura, geofizician la Universitatea Boston. "De exemplu, ceea ce provoacă un anumit tip de culoare a aurorei, cum ar fi violetul, este încă un mister."
Cine este Steve?
Dincolo de aurore, ionosfera joacă și alte spectacole de lumină impresionante.
În 2016, oamenii de știință cetățeni au observat un fenomen deosebit de atrăgător, pe care oamenii de știință s-au străduit să le explice, a raportat anterior sora site-ului Live Science. Râuri strălucitoare de lumină albă și roz roșu curgeau peste Canada, care este mai departe spre sud decât cele mai multe aurore. Ocazional, linii de verde s-au alăturat amestecului. Luminile misterioase au fost numite Steve în omagiul filmului de animație „Over the Hedge” și au fost rebrandate mai târziu drept „Strong Thermal Emission Velocity Enhancement” - încă STEVE pentru scurt.
„Studiem aurora de sute de ani și nu am putut, și încă nu putem, să explicăm ce este Steve”, a spus Gareth Perry, un om de știință din domeniul spațiului din New Jersey Institute of Technology. „Este interesant pentru că emisiile și proprietățile sale sunt spre deosebire de orice altceva observăm, cel puțin cu optica, în ionosferă”.
Potrivit unui studiu din 2019 în jurnalul Geophysical Research Letters, șirurile verzi din STEVE se pot dezvolta în mod similar modului în care formează aurorele tradiționale, în timp ce particulele încărcate plouă pe atmosferă. Cu toate acestea, în STEVE, râul de lumină pare să strălucească atunci când particulele din ionosferă se ciocnesc și generează căldură între ele.
Comunicare și navigare
Deși reacțiile din ionosferă pictează cerul cu nuanțe strălucitoare, ele pot, de asemenea, să perturbe semnalele radio, să interfereze cu sistemele de navigație și, uneori, să producă întreruperi de putere.
Ionosfera reflectă transmisiile radio sub 10 megahertz, permițând armatei, companiilor aeriene și oamenilor de știință să conecteze radarul și sistemele de comunicații pe distanțe lungi. Aceste sisteme funcționează cel mai bine atunci când ionosfera este netedă, ca o oglindă, dar pot fi perturbate de nereguli în plasmă. Transmisiile GPS trec prin ionosferă și, prin urmare, suportă aceleași vulnerabilități.
"În timpul furtunilor geomagnetice mari, sau a evenimentelor meteorologice spațiale, curenții pot induce alți curenți în pământ, rețele electrice, conducte, etc. și pot face ravagii", a spus Perry. O astfel de furtună solară a provocat celebra oprire din Quebec din 1989. „Treizeci de ani mai târziu, sistemele noastre electrice sunt încă vulnerabile la astfel de evenimente.
Oamenii de știință studiază ionosfera folosind radare, camere foto, instrumente legate de satelit și modele de computer pentru a înțelege mai bine dinamica fizică și chimică a regiunii. Înarmați cu aceste cunoștințe, ei speră să prezică mai bine întreruperile din ionosferă și să prevină problemele care pot provoca pe terenul de mai jos.
