ÍNDICE  ATMOSFERA - ARTIGO PRINCIPALREFLEXÃO IONOSFÉRICA   ARQUIVOS  

WIKIPÉDIA - AUTOR ANGELO LEITHOLD 16h59min de 19 de setembro de 2004

INTRODUÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A ionosfera se localiza entre 60 km e 1000 km [1] de altitude e é composta de íons, plasma ionosférico e, devido à sua composição, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz. A temperatura média da atmosfera à superfície de terra é 14 °C. A Pressão atmosférica é o resultado direto do peso exercido pela atração gravitacional da Terra sobre a camada de ar que a envolve, variando conforme o momento climático, a hora, o local e a altitude.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Cerca de 50% do total da massa atmosférica está até 5 km de altitude. A pressão atmosférica ao nível do mar, é aproximadamente 101.3 quilopascais. A densidade do ar ao nível do mar é aproximadamente 1.2 quilogramas por metro cúbico. Esta densidade diminui a maiores altitudes à mesma taxa da diminuição da pressão. A massa total da atmosfera é aproximadamente 5.1 × 1018 kg, uma fração minúscula da massa total da terra. Podemos compreender razoavelmente a história da atmosfera da Terra até há um bilhão anos. Regredindo no tempo, somente especulamos, pois, é uma área ainda em constante pesquisa. Atmosfera moderna ou, terceira atmosfera, esta denominação é para distinguir a composição química atual das duas composições anteriores. A primeira atmosfera, era principalmente hélio e hidrogênio. O calor provindo da crosta terrestre ainda em forma de plasma, e o sol a dissiparam.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A aproximadamente 3.5 bilhões anos atrás, a superfície do planeta tinha esfriado o suficiente para formar uma crosta endurecida, povoando-a com vulcões que liberaram vapor de água, dióxido de carbono, e amoníaco. Desta forma, surgiu a "segunda atmosfera", que era formada principalmente de dióxido de carbono e vapor de água, amônia, metano, óxido de enxofre. Nesta segunda atmosfera quase não havia oxignio livre, era aproximadamente 100 vezes mais densa do que a atmosfera atual. Acredita-se que o efeito estufa, causado por altos níveis de dióxido de carbono, impediu a Terra de congelar. Durante os próximos bilhões anos, devido ao resfriamento, o vapor de água condensou para precipitar chuva e formar oceanos, que começaram a dissolver o dióxido de carbono. Seriam absorvidos 50% do dióxido de carbono nos oceanos. Desta forma houve o favorecimento do surgimento de moléculas de cadeia longa de carbono. Ao passar do tempo e com a recombinação das cadeias de carbono se iniciou o processo de formação dos ácidos nucléicos primordiais, assim, acredita-se, iniciou um processo de fotossíntese que evoluiu para a vida, e começou a converter dióxido de carbono em oxigênio. Ao passar do tempo, o carbono em excesso foi fixado em combustíveis fósseis, pedras sedimentares (notavelmente pedra calcária), e conchas animais. Estando o oxigênio livre na atmosfera reagindo com o amoníaco, foi liberado nitrogênio, simultaneamente as bactérias também iniciaram a conversão do amoníaco em nitrogênio. Assim, aumentando a população vegetal, os níveis de oxigênio cresceram significativamente (enquanto níveis de dióxido de carbono diminuíram).

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   No princípio o oxigênio combinou com vários elementos (como ferro), mas eventualmente acumulou na atmosfera resultando em extinções em massa e evolução. Com o aparecimento de uma camada de ozônio(O3), (a Ozonosfera), as formas de vida no planeta foram melhor protegidas da radiação ultravioleta. Esta atmosfera de oxigênio-nitrogênio é a terceira atmosfera Esta última, tem uma estrutura complexa que age como reguladora da temperatura e umidade da superfície.

HISTÓRICO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A ionosfera se localiza entre cinquenta e quatrocentos quilômetros de altitude ( Estas coordenadas são para efeito de estudo), é composta de íons, plasma ionosférico, e, devido à sua composição, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz em condições normais. A reflexão ionosférica, espalhamento e canalização tem ocorrido até freqüências acima de 50 Mhz, mas estatisticamente o tempo de ''propagação aberta'' nas bandas altas se torna muito susceptível à variações ambientais. Na prática, sua utilização se dá no máximo até 30 MHz.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Em 1899, Nikola Tesla pesquisou modos para utilizar a ionosfera para transmissão de energia a longas distâncias. Nas suas experiências transmitiu sinais de muito baixa freqüência entre a terra e a ionosfera. Baseado nos resultados de suas experiências, compilou os dados obtidos e chegou à conclusão que a uma freqüência de ressonância da região dentro de 15% do valor experimental aceito atualmente. Em meados da década de cinqüenta, experiências realizadas confirmaram que a freqüência ressonante da ionosfera estava na gama de 6.8 Hz. (Corum, 1986) , (Grotz, 1997). Guglielmo Marconi, utilizando a propagação ionosférica, recebeu o primeiro sinal transatlântico de rádio no dia 12 de dezembro de 1901, em St. John, Newfoundland (agora no Canadá) usando uma antena de 400 pés. A estação transmissora localizada em Poldhu, Cornwall, utilizou um transmissor composto de centelhadores sintonizados para produzir um sinal com uma freqüência de aproximadamente 500 kHz. A mensagem recebida era três pontos, a letra “S” do código Morse. Para alcançar Newfoundland o sinal irradiado teria que saltar duas vezes a ionosfera, isto é, teria que irradiar para a ionosfera, retornar à terra, refletir para a ionosfera, e retornando à terra novamente. Marconi conseguiu realizar as comunicações transatlânticas sem fio definitivamente em 1902 em Glace Bay. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Ainda em 1902, Oliver Heaviside propôs a existência de uma camada ionosférica devidas experiências de Marconi, por isso esta se chama de camada de Kennelly-Heaviside. A proposta de Heaviside incluiu meios pelos quais são transmitidos sinais de rádio ao redor da curvatura da Terra, a sua proposta, acrescida erroneamente à “lei de Planck” (da radiação de corpo negro), provavelmente foi o que impediu o crescimento da radioastronomia, e, por conseqüência a descoberta das ondas eletromagnéticas de corpos celestes até 1932, retardando assim, inclusive o desenvolvimento dos transceptores de VHF naquela época. Portanto, devidas “crenças” científicas improváveis, houve atraso tecnológico por alguns anos. Também em 1902, Arthur Edwin Kennelly descobriu algumas das propriedades radielétricas da ionosfera, uma destas foi a dutificação dos sinais de RF. Em 1912, o Congresso norte-americano impôs o “Ato do Rádio de 1912”, em que radioamadores, tinham limitadas suas operações a freqüências de HF até 1.5 MHz . Isto se deu porque os técnicos do governo americano acreditavam que as freqüências altas eram inúteis, conduzindo assim à descoberta definitiva do HF e da radiopropagação pela ionosfera em 1923. Edward V. Appleton foi premiado em 1947 com o Prêmio de Nobel pela confirmação definitiva da existência da ionosfera em 1927. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Muitos dos gráficos mostrados aqui foram baseados no trabalho de Lloyd Berkner que mediu a altura e a densidade das camadas ionosféricas permitindo assim a elaboração da teoria da propagação de rádio de ondas curtas. Maurice V. Wilkes e J. A. Ratcliffe pesquisaram a propagação de rádio de ondas muito longas através da ionosfera. Vitaly Ginzburg desenvolveu a teoria de propagação eletromagnética em protoplasmas. E finalmente em 1962 o satélite canadense Alouette 1, o Alouette 2 em 1965,  e os dois satélites ISIS em 1969 e 1971 foram utilizados para estudar as camadas ionosféricas. Nas camadas ionosféricas a distribuição média de elétrons por metro cúbico varia muito. Do solo para cima a ionosfera se divide em camadas de ionização. Estas variam conforme a hora do dia, estações do ano e condições solares e são denominadas ''camada D; camada E; camada E esporádica; camada F1; e camada F2. A cada 11 anos, obedecendo ao Ciclo Solar, a densidade de elétrons e a composição da ionosfera sofrem mudanças radicais. Muitas vezes estas mudanças bloqueiam totalmente as comunicações em alta freqüência. A composição da atmosfera a partir dos cem quilômetros de altitude, embora tênue, varia. Os gases O2; O; N2; N na alta atmosfera estratificam-se e absorvem radiações quantitativamente, uma vez que o nível de absorção varia conforme sua densidade. A densidade de ionização varia proporcionalmente com a altura formando desta forma camadas de absorção distintas e variáveis, conforme a hora do dia, temperatura e irradiação solar.

Acima, a terra vista de 100 km de altitude, considera-se este o limite entre a atmosfera e o espaço exterior. (Fonte: NASA)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL  A temperatura da atmosfera da Terra varia entre camadas em altitudes diferentes, portanto, a relação matemática entre temperatura e altitude também varia, sendo uma das bases de classificação atmosférica. Esta se estrutura em três camadas relativamente quentes, separadas por duas camadas relativamente frias. Os contatos entre essas camadas são áreas de descontinuidade, e recebem o sufixo "pausa", após o nome da camada subjacente. As camadas atmosféricas são distintas e separadas entre si por áreas fronteiriças de descontinuidade. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A Troposfera é a camada atmosférica que se estende da superfície da Terra até a base da estratosfera. (0 - 7/17 km), a temperatura diminui com a altitude, esta camada responde por oitenta por cento do peso atmosférico, sua espessura média é de aproximadamente 12km, atingindo até 17km nos trópicos e reduzindo-se para em torno de sete quilômetros nos pólos. A tropopausa é o nome dado à camada intermediária entre a troposfera e a estratosfera, situada a uma altura média em torno de 17km no equador. A distância da Tropopausa em relação ao solo varia conforme as condições climáticas da troposfera, da temperatura do ar, a latitude entre outros fatores. Se existe na troposfera uma agitação climática com muitas correntes de convecção, a tropopausa tende a subir. Isto se deve por causa do aumento do volume do ar na troposfera, este aumentando, aquela aumentará, por conseqüência, empurrará a tropopausa para cima. Ao subir a tropopausa esfria, pois o ar acima dela está mais frio.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Na estratosfera a temperatura aumenta com a altitude e se caracteriza pelos movimentos de ar em sentido horizontal, fica situada entre 7 e 17 até 50 km de altitude aproximadamente, sendo a segunda camada da atmosfera , compreendida entre a troposfera e a mesosfera, a temperatura aumenta à medida que aumenta a altura. Apresenta pequena concentração de vapor d'água e temperatura constante até a região limítrofe, denominada estratopausa.

Estratopausa

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A estratopausa é o nível da atmosfera que é o limite entre duas camadas, a estratosfera e a mesosfera. É próximo à estratopausa que a maior parte do ozônio da atmosfera se situa, em torno de 22 quilômetros acima da superfície, na parte superior da estratosfera. Na estratosfera, a temperatura aumenta com a altitude, e a estratopausa é a região onde ocorre um máximo na temperatura. Esta característica atmosférica não é exclusiva da Terra, mas também ocorre em qualquer outro planeta ou lua com uma atmosfera. De acordo com James Kasting, planetas cujas atmosferas não absorvem luz solar de ondas curtas, como Vênus e Marte, não têm uma estratosfera e, portanto, não têm estratopausa. Na Terra, a estratopausa está 47–51 km acima do nível do mar. A pressão atmosférica é cerca de 1 ⁄ 1000 da pressão ao nível do mar e a temperatura é de -2,5 °C.

Mesosfera

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Na mesosfera a temperatura diminui com a altitude, esta é a camada atmosférica onde há uma substancial queda de temperatura chegando até a -90º C em seu topo, está situada entre a estratopausa em sua parte inferior e mesopausa em sua parte superior, entre 50 a 85 km de altitude. É na mesosfera que ocorre o fenômeno da aeroluminescência das emissões da hidroxila. É a terceira camada da atmosfera, diretamente acima da estratosfera e diretamente abaixo da termosfera. Na mesosfera, a temperatura diminui à medida que a altitude aumenta. Essa característica é usada para definir limites, começa no topo da estratosfera, às vezes chamada de estratopausa e termina na mesopausa, que é a parte mais fria da atmosfera da Terra, com temperaturas abaixo de -143 °C. Os limites superiores e inferiores exatos da mesosfera variam com a latitude e com a estação, mais altos no inverno e nos trópicos, mais baixos no verão e nos pólos, mas o limite inferior geralmente está localizado em altitudes de 47 a 51 km acima do nível do mar, e o limite superior, a mesopausa, geralmente está de 85 a 100 km.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A estratosfera e a mesosfera são às vezes coletivamente chamadas de "atmosfera média", que abrange altitudes aproximadamente entre 12 e 80 km acima da superfície da Terra. A mesopausa, a uma altitude de 80–90 km, separa a mesosfera da termosfera, a segunda camada mais externa da atmosfera da Terra. Na Terra, a mesopausa quase coincide com a turbopausa, abaixo da qual diferentes espécies químicas são bem misturadas devido a redemoinhos turbulentos. Acima deste nível, a atmosfera se torna não uniforme porque as alturas de escala de diferentes espécies químicas diferem de acordo com suas massas moleculares.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   O termo espaço próximo também é usado algumas vezes para se referir a altitudes dentro da mesosfera. Este termo não tem uma definição técnica, mas normalmente se refere à região aproximadamente entre o limite de Armstrong, cerca de 19 km, acima do qual os humanos precisam de um traje pressurizado para sobreviver, e a linha de Kármán, onde a astrodinâmica deve assumir o controle da aerodinâmica para conseguir voar, ou, por outra definição, ao espaço entre a altitude mais alta em que os aviões comerciais voam, cerca de 12,2 km, e o perigeu mais baixo de satélites capazes de orbitar a Terra, cerca de 73 km. Algumas fontes distinguem entre os termos "espaço próximo" e "atmosfera superior", de modo que apenas as camadas mais próximas da linha de Kármán são descritas como "espaço próximo". Dentro da mesosfera, a temperatura diminui com o aumento da altura. Isto é resultado da diminuição da absorção da radiação solar pela atmosfera rarefeita, tendo uma concentração relativa de ozônio decrescente à medida que a altitude aumenta, o ozônio sendo o principal absorvedor nos comprimentos de onda UV que sobreviveram à absorção pela termosfera. Isto também é resultado do aumento do resfriamento pela emissão radiativa de CO2. O topo da mesosfera, chamado mesopausa, é a parte mais fria da atmosfera da Terra.  As temperaturas na mesosfera superior caem até cerca de -100 °C, variando de acordo com a latitude e a estação .

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   As principais características nesta região são ventos zonais fortes de leste-oeste, marés atmosféricas, ondas gravitacionais atmosféricas internas, comumente chamadas de "ondas gravitacionais" e ondas planetárias. A maioria dessas marés e ondas começa na troposfera e na estratosfera inferior e se propaga para a mesosfera. Na mesosfera, as amplitudes das ondas gravitacionais podem se tornar tão grandes que as ondas se tornam instáveis ​​e se dissipam. Essa dissipação deposita momentum na mesosfera e impulsiona amplamente a circulação global.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Nuvens noctilucentes estão localizadas na mesosfera, e na sua parte superior também é a região da ionosfera conhecida como camada D, que só está presente durante o dia quando ocorre alguma ionização com óxido nítrico sendo ionizado pela radiação de hidrogênio alfa da série Lyman. A ionização se reduz à noite, elétrons livres e íons se formam novamente em uma molécula neutra. Uma camada de sódio de 5 km de profundidade está localizada entre 80–105 km com átomos não ligados e não ionizados. Assim, a camada de sódio irradia fracamente para contribuir para o brilho atmosférico e tem uma concentração média de 400.000 átomos por centímetro cúbico. Esta banda é regularmente reabastecida pelo sódio sublimado de meteoros que chegam. Os astrônomos começaram a utilizar esta banda de sódio para criar "estrelas-guia" como parte do processo de correção óptica adaptativa usado para produzir observações terrestres ultra-nítidas. Outras camadas de metal, por exemplo, ferro e potássio, também existem na região da mesosfera superior/termosfera inferior.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A partir de outubro de 2018, um tipo distinto de aurora foi identificado, originário da mesosfera. Frequentemente chamadas de "dunas" devido à sua semelhança com ondulações arenosas em uma praia, as luzes verdes ondulantes se estendem em direção ao equador. Elas foram identificadas como originárias de cerca de 96 km acima da superfície. Como as auroras são causadas por partículas solares de ultra-alta velocidade interagindo com moléculas atmosféricas, a cor verde dessas dunas foi provisoriamente explicada pela interação dessas partículas solares com moléculas de oxigênio. As dunas, portanto, ocorrem onde o oxigênio mesosférico é mais concentrado.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Milhões de meteoros entram na atmosfera da Terra, com uma média de 40.000 toneladas por ano, acredita-se que o material ablacionado, chamado fumaça meteórica, sirva como núcleo de condensação para nuvens noctilucentes. A mesosfera está acima dos recordes de altitude para aeronaves, enquanto apenas os poucos quilômetros mais baixos são acessíveis a balões, para os quais o recorde de altitude é de 53,0 quilômetros. Enquanto isso, a mesosfera está abaixo da altitude mínima para espaçonaves orbitais devido ao alto arrasto atmosférico. Ela só foi acessada por meio do uso de foguetes de sondagem, que só são capazes de fazer medições mesosféricas por alguns minutos. Como resultado, é a parte menos compreendida da atmosfera. A presença de sprites vermelhos e jatos azuis, descargas elétricas ou relâmpagos na mesosfera inferior, nuvens noctilucentes e cisalhamentos de densidade dentro desta camada mal compreendida são de interesse científico atual.

Mesopausa

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A mesopausa é a região da atmosfera que determina o limite entre uma atmosfera com massa molecular constante de outra onde predomina a difusão molecular, é o ponto de temperatura mínima na fronteira entre as regiões atmosféricas da mesosfera e da termosfera. Devido à falta de aquecimento solar e ao resfriamento radiativo muito forte do dióxido de carbono, a mesosfera é a região mais fria da Terra, com temperaturas tão baixas quanto -100 °C. A altitude da mesopausa por muitos anos foi assumida em torno de 85 km, mas observações em altitudes mais elevadas e estudos de modelagem nos últimos 10 anos mostraram que, na verdade, existem duas mesopausas, uma a cerca de 85 km e uma mais forte a cerca de 100 km, com uma camada de ar ligeiramente mais quente entre elas. Outra característica é que a mesopausa de verão é mais fria que a de inverno (às vezes chamada de anomalia da mesopausa ). Isso se deve a uma circulação de verão para inverno que dá origem à ressurgência no polo de verão e à ressurgência no polo de inverno. O ar ascendente se expandirá e esfriará, resultando em uma mesopausa de verão fria e, inversamente, o ar descendente resulta em compressão e aumento associado na temperatura na mesopausa de inverno. Na mesosfera, a circulação de verão para inverno é devida à dissipação da onda gravitacional, que deposita o momento contra o fluxo médio leste-oeste, resultando em uma pequena circulação norte-sul.

Nos últimos anos, a mesopausa também tem sido o foco de estudos sobre as mudanças climáticas globais associadas ao aumento de CO2. Ao contrário da troposfera, onde os gases de efeito estufa resultam no aquecimento da atmosfera, o aumento de CO2 na mesosfera atua para resfriar a atmosfera devido ao aumento da emissão radiativa. Isso resulta em um efeito mensurável, a mesopausa deve se tornar mais fria com o aumento de CO2. As observações mostram uma diminuição da temperatura da mesopausa, embora a magnitude dessa diminuição varie e esteja sujeita a estudos posteriores. 

Termosfera

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Na termosfera situada entre 80/85 Km até mais de 640 Km, a temperatura aumenta com a altitude e está localizada acima da mesopausa, sua temperatura aumenta com a altitude rápida e monotonicamente até onde a densidade das moléculas é tão pequena e se movem em trajetórias aleatórias tal, que raramente se chocam.

A termosfera é a camada na atmosfera da Terra diretamente acima da mesosfera e abaixo da exosfera . Dentro desta camada da atmosfera, a radiação ultravioleta causa fotoionização /fotodissociação de moléculas, criando íons; a termosfera constitui, portanto, a maior parte da ionosfera . Tomando seu nome do grego θερμός (pronuncia-se thermos ) que significa calor, a termosfera começa a cerca de 80 km (50 mi) acima do nível do mar. [ 1 ] Nessas altas altitudes, os gases atmosféricos residuais se classificam em estratos de acordo com a massa molecular (ver turbosfera ). As temperaturas termosféricas aumentam com a altitude devido à absorção de radiação solar altamente energética . As temperaturas são altamente dependentes da atividade solar e podem subir até 2.000 °C (3.630 °F) ou mais. A radiação faz com que as partículas atmosféricas nesta camada se tornem eletricamente carregadas, permitindo que as ondas de rádio sejam refratadas e, portanto, recebidas além do horizonte. Na exosfera, começando a cerca de 600 km (375 mi) acima do nível do mar, a atmosfera se transforma em espaço , embora, pelos critérios de julgamento definidos para a definição da linha de Kármán (100 km), a maior parte da termosfera seja parte do espaço. A fronteira entre a termosfera e a exosfera é conhecida como termopausa .

O gás altamente atenuado nesta camada pode atingir 2.500 °C (4.530 °F). Apesar da alta temperatura, um observador ou objeto experimentará baixas temperaturas na termosfera, porque a densidade extremamente baixa do gás (praticamente um vácuo rígido ) é insuficiente para as moléculas conduzirem calor. Um termômetro normal lerá significativamente abaixo de 0 °C (32 °F), pelo menos à noite, porque a energia perdida pela radiação térmica excederia a energia adquirida do gás atmosférico por contato direto. Na zona anacústica acima de 160 quilômetros (99 mi), a densidade é tão baixa que as interações moleculares são muito infrequentes para permitir a transmissão do som.

A dinâmica da termosfera é dominada por marés atmosféricas , que são impulsionadas predominantemente pelo aquecimento diurno . Ondas atmosféricas se dissipam acima deste nível por causa de colisões entre o gás neutro e o plasma ionosférico.

A termosfera é desabitada, com exceção da Estação Espacial Internacional , que orbita a Terra no meio da termosfera entre 408 e 410 quilômetros (254 e 255 milhas) e da estação espacial Tiangong , que orbita entre 340 e 450 quilômetros (210 e 280 milhas).É conveniente separar as regiões atmosféricas de acordo com os dois mínimos de temperatura a uma altitude de cerca de 12 quilômetros (7,5 mi) (a tropopausa ) e a cerca de 85 quilômetros (53 mi) (a mesopausa ) (Figura 1). A termosfera (ou a atmosfera superior) é a região de altura acima de 85 quilômetros (53 mi), enquanto a região entre a tropopausa e a mesopausa é a atmosfera média ( estratosfera e mesosfera ) onde a absorção da radiação UV solar gera o máximo de temperatura perto de uma altitude de 45 quilômetros (28 mi) e causa a camada de ozônio densidade da atmosfera da Terra diminui quase exponencialmente com a altitude. A massa total da atmosfera é M = ρ A H ≃ 1 kg/cm 2 dentro de uma coluna de um centímetro quadrado acima do solo (com ρ A = 1,29 kg/m 3 a densidade atmosférica no solo a z = 0 m de altitude, e H ≃ 8 km a altura média da escala atmosférica ). Oitenta por cento dessa massa está concentrada na troposfera . A massa da termosfera acima de cerca de 85 quilômetros (53 mi) é apenas 0,002% da massa total. Portanto, nenhum feedback energético significativo da termosfera para as regiões atmosféricas mais baixas pode ser esperado.

A turbulência faz com que o ar dentro das regiões atmosféricas mais baixas abaixo da turbopausa a cerca de 90 quilômetros (56 mi) seja uma mistura de gases que não muda sua composição. Seu peso molecular médio é de 29 g/mol com oxigênio molecular (O 2 ) e nitrogênio (N 2 ) como os dois constituintes dominantes. Acima da turbopausa, no entanto, a separação difusiva dos vários constituintes é significativa, de modo que cada constituinte segue sua estrutura de altura barométrica com uma altura de escala inversamente proporcional ao seu peso molecular. Os constituintes mais leves oxigênio atômico (O), hélio (He) e hidrogênio (H) dominam sucessivamente acima de uma altitude de cerca de 200 quilômetros (124 mi) e variam com a localização geográfica, tempo e atividade solar. A razão N 2 /O, que é uma medida da densidade de elétrons na região F ionosférica, é altamente afetada por essas variações. [ 2 ] Essas mudanças decorrem da difusão dos constituintes menores através do principal componente gasoso durante processos dinâmicos.

A termosfera contém uma concentração apreciável de sódio elementar localizado em uma faixa de 10 quilômetros (6,2 milhas) de espessura que ocorre na borda da mesosfera, 80 a 100 quilômetros (50 a 62 milhas) acima da superfície da Terra. O sódio tem uma concentração média de 400.000 átomos por centímetro cúbico. Esta faixa é regularmente reabastecida pelo sódio sublimado de meteoros que chegam. Os astrônomos começaram a usar esta faixa de sódio para criar " estrelas-guia " como parte do processo de correção óptica na produção de observações terrestres ultra-nítidas. [ 3 ]

 Os raios X solares e a radiação ultravioleta extrema (XUV) em comprimentos de onda < 170 nm são quase completamente absorvidos pela termosfera. Essa radiação causa as várias camadas ionosféricas , bem como um aumento de temperatura nessas alturas (Figura 1). Enquanto a luz solar visível (380 a 780 nm) é quase constante com a variabilidade de não mais do que cerca de 0,1% da constante solar , [ 6 ] a radiação XUV solar é altamente variável no tempo e no espaço. Por exemplo, explosões de raios X associadas a erupções solares podem aumentar drasticamente sua intensidade em relação aos níveis pré-erupção em muitas ordens de magnitude ao longo de um período de dezenas de minutos. No ultravioleta extremo, a linha α de Lyman em 121,6 nm representa uma importante fonte de ionização e dissociação nas alturas da camada D ionosférica. [ 7 ] Durante períodos calmos de atividade solar , ela sozinha contém mais energia do que o resto do espectro XUV. Mudanças quase periódicas da ordem de 100% ou mais, com períodos de 27 dias e 11 anos, pertencem às variações proeminentes da radiação solar XUV. No entanto, flutuações irregulares em todas as escalas de tempo estão presentes o tempo todo. [ 8 ] Durante a baixa atividade solar, acredita-se que cerca de metade da entrada total de energia na termosfera seja radiação solar XUV. Essa entrada de energia solar XUV ocorre apenas durante as condições diurnas, maximizando no equador durante o equinócio . A segunda fonte de entrada de energia na termosfera é a energia eólica solar , que é transferida para a magnetosfera por mecanismos que não são bem compreendidos. Uma maneira possível de transferir energia é por meio de um processo de dínamo hidrodinâmico. Partículas de vento solar penetram nas regiões polares da magnetosfera, onde as linhas do campo geomagnético são essencialmente direcionadas verticalmente. Um campo elétrico é gerado, direcionado do amanhecer ao anoitecer. Ao longo das últimas linhas de campo geomagnético fechadas com seus pontos de apoio dentro das zonas aurorais , correntes elétricas alinhadas ao campo podem fluir para a região do dínamo ionosférica , onde são fechadas pelas correntes elétricas de Pedersen e Hall . Perdas ôhmicas das correntes de Pedersen aquecem a termosfera inferior (veja, por exemplo, Campo de convecção elétrica magnetosférica ). Além disso, a penetração de partículas altamente energéticas da magnetosfera nas regiões aurorais aumenta drasticamente a condutividade elétrica, aumentando ainda mais as correntes elétricas e, portanto, o aquecimento Joule . Durante a atividade magnetosférica silenciosa, a magnetosfera contribui talvez em um quarto para o orçamento de energia da termosfera. [ 9 ] Isto é cerca de 250 K da temperatura exosférica na equação (2). Durante a atividade muito grande, no entanto, esta entrada de calor pode aumentar substancialmente, por um fator de quatro ou mais. Essa entrada de vento solar ocorre principalmente nas regiões aurorais durante o dia e a noite. Existem dois tipos de ondas atmosféricas de grande escala na baixa atmosfera: ondas internas com comprimentos de onda verticais finitos que podem transportar energia das ondas para cima, e ondas externas com comprimentos de onda infinitamente grandes que não podem transportar energia das ondas. [ 10 ] As ondas de gravidade atmosférica e a maioria das marés atmosféricas geradas na troposfera pertencem às ondas internas. Suas amplitudes de densidade aumentam exponencialmente com a altura, de modo que na mesopausa essas ondas se tornam turbulentas e sua energia é dissipada (semelhante à quebra das ondas do oceano na costa), contribuindo assim para o aquecimento da termosfera em cerca de 250 K na equação (2). Por outro lado, a maré diurna fundamental rotulada (1, −2), que é mais eficientemente excitada pela irradiação solar , é uma onda externa e desempenha apenas um papel marginal na baixa e média atmosfera. No entanto, em altitudes termosféricas, ela se torna a onda predominante. Ela impulsiona a corrente elétrica Sq dentro da região do dínamo ionosférico entre cerca de 100 e 200 km de altura.

Aquecimento, predominantemente por ondas de maré, ocorre principalmente em latitudes baixas e médias. A variabilidade desse aquecimento depende das condições meteorológicas dentro da troposfera e da atmosfera média, e pode não exceder cerca de 50%.

Em contraste com a radiação solar XUV, as perturbações magnetosféricas, indicadas no solo por variações geomagnéticas, mostram um caráter impulsivo imprevisível, desde perturbações periódicas curtas da ordem de horas até tempestades gigantes de longa duração com duração de vários dias. A reação da termosfera a uma grande tempestade magnetosférica é chamada de tempestade termosférica. Como a entrada de calor na termosfera ocorre em altas latitudes (principalmente nas regiões aurorais), o transporte de calor é representado pelo termo P 2 0 na equação (3) é invertido. Além disso, devido à forma impulsiva da perturbação, termos de ordem superior são gerados, os quais, no entanto, possuem tempos de decaimento curtos e, portanto, desaparecem rapidamente. A soma desses modos determina o "tempo de viagem" da perturbação para as latitudes mais baixas e, portanto, o tempo de resposta da termosfera em relação à perturbação magnetosférica. Importante para o desenvolvimento de uma tempestade ionosférica é o aumento da razão N 2 /O durante uma tempestade termosférica em latitudes médias e altas. [ 13 ] Um aumento de N 2 aumenta o processo de perda do plasma ionosférico e, portanto, causa uma diminuição da densidade de elétrons dentro da camada F ionosférica (tempestade ionosférica negativa). Uma contração da termosfera foi observada como um possível resultado, em parte devido ao aumento das concentrações de dióxido de carbono, ocorrendo o resfriamento e a contração mais fortes nessa camada durante o mínimo solar . A contração mais recente em 2008–2009 foi a maior desde pelo menos 1967. [

Acima: As regiões Atmosféricas segundo suas propriedades físicas. (Fonte: Ângelo Leithold - py5aal)

Distribuição iônica

Além das camadas citadas, e em conjunto a si, existem regiões atmosféricas distribuídas segundo a ionização, nestas ocorrem diversos fenômenos físicos e químicos que interferem em todo o Planeta. A Ionosfera é uma região eletrizada da atmosfera da Terra situada em altidutes de aproximadamente a partir de 50 Km, e presume-se até milhares de quilômetros. Ela consiste de íons e de elétrons livres produzidos pelas influências ionizantes da radiação solar e de partículas cósmicas e solares energéticas incidentes. A ionosfera está sujeita a acentuadas variações geográficas e temporais. Ela exerce um profundo efeito sobre as características das ondas de rádio propagadas dentro, ou através dela.

Acima: Um ionograma mostra a distribuição iônica da ionosfera (Fonte Angelo Leithold py5aal)

As regiões iônicas

Camada D

A mais próxima ao solo, é a que absorve a maior quantidade de energia eletromagnética é a camada mais interna, de 48 a 90 km acima da superfície da Terra. A ionização é devida à radiação do hidrogênio da série Lyman-alfa em um comprimento de onda de 121,6 nm ionizando o óxido nítrico, NO. Além disso, as erupções solares podem gerar raios X de comprimento de onda menor que 1 nm, que ionizam N2 e O2. As taxas de recombinação são altas na camada D, então há muito mais moléculas de ar neutras do que íons. As ondas de rádio de média frequência, MF e alta frequência, HF, são significativamente atenuadas dentro da camada D, pois as ondas de rádio que passam fazem com que os elétrons se movam, que então colidem com as moléculas neutras, liberando sua energia. Frequências mais baixas experimentam maior absorção porque movem os elétrons mais longe, levando a uma maior chance de colisões. Esta é a principal razão para a absorção de ondas de rádio HF, particularmente em 10 MHz e abaixo, com absorção progressivamente menor em frequências mais altas. Este efeito atinge o pico por volta do meio-dia e é reduzido à noite devido a uma diminuição na espessura da camada D, apenas uma pequena parte permanece devido aos raios cósmicos. Um exemplo comum da camada D em ação é o desaparecimento de estações de banda de transmissão OM distantes durante o dia.

Durante eventos de ejeção de prótons solares, a ionização pode atingir níveis anormalmente altos na região D em latitudes altas e polares. Esses eventos muito raros são conhecidos como eventos de Absorção da Calota Polar ou PCA, porque o aumento da ionização aumenta significativamente a absorção de sinais de rádio que passam pela região. Na verdade, os níveis de absorção podem aumentar em muitas dezenas de dB durante eventos intensos, o que é suficiente para absorver a maioria das transmissões de sinais de rádio HF transpolares. Esses eventos geralmente duram entre 24 e 48 horas.

Camada E

A camada E está acima da camada D, embaixo das camadas F1 e F2, sua altitude média é entre os 80 e os 100-140km acima da superfície da Terra. A ionização é devida aos raios X de 1–10 nm e radiação solar ultravioleta distante (UV) do oxigênio molecular O2. Normalmente, na incidência oblíqua, esta camada só pode refletir ondas de rádio com frequências menores que 10 MHz e pode contribuir um pouco para a absorção em frequências mais altas. No entanto, durante eventos intensos, a camada E pode refletir frequências de até 50 MHz e mais altas. A estrutura vertical da camada E é determinada principalmente pelos efeitos concorrentes de ionização e recombinação. À noite, a camada E enfraquece porque a fonte primária de ionização não está mais presente. Após o pôr do sol, um aumento na altura máxima da camada E aumenta o alcance para o qual as ondas de rádio podem viajar por reflexão. Esta região também é conhecida como camada Kennelly–Heaviside ou simplesmente camada Heaviside. Sua existência foi prevista em 1902 de forma independente e quase simultânea pelo engenheiro elétrico americano Arthur Edwin Kennelly (1861–1939) e pelo físico britânico Oliver Heaviside (1850–1925). Em 1924 sua existência foi detectada por Edward V. Appleton e Miles Barnett .

Camada E Esporádica

Esta camada tem a particularidade de ficar mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si. A camada Es ( camada Eesporádica ) é caracterizada por pequenas e finas nuvens de ionização intensa, que podem suportar a reflexão de ondas de rádio, frequentemente até 50 MHz e raramente até 450 MHz. Eventos Eesporádicos podem durar apenas alguns minutos a muitas horas. A propagação Eesporádica torna a operação VHF  utilizável quando caminhos de propagação de longa distância que são geralmente inacessíveis "se abrem" para comunicação bidirecional. Existem várias causas da Eesporádica que ainda estão sendo buscadas por pesquisadores. Essa propagação ocorre todos os dias durante junho e julho nas latitudes médias do hemisfério Norte e  ocorre todos os dias durante novembro e   nas latitudes médias do hemisfério Sul, quando altos níveis de sinal são frequentemente atingidos. As distâncias de salto são geralmente em torno de 1.640 km. As distâncias para propagação de um salto podem ser de 900 a 2.500 km. A propagação de múltiplos saltos em 3.500 km também é comum, às vezes em distâncias de 15.000 km ou mais.

Camada ou região F

A região F da ionosfera abriga a camada F de ionização, também chamada de camada Appleton-Barnett, em homenagem ao físico inglês Edward Appleton e ao físico e meteorologista neozelandês Miles Barnett. Assim como em outros setores ionosféricos, 'camada' implica uma concentração de plasma, enquanto 'região' é o volume que contém a referida camada. A região F contém gases ionizados a uma altura de cerca de 150–800 km acima do nível do mar, colocando-a na termosfera da Terra, uma região quente na atmosfera superior, e também na heterosfera, onde a composição química varia com a altura. De modo geral, a região F tem a maior concentração de elétrons e íons livres em qualquer lugar da atmosfera. Pode ser considerada como composta por duas camadas, as camadas F1 e F2 . Recentemente foi descoberta uma terceira camada na região F, alguns físicos a nomearam F3, porém ainda não há consenso sobre seu comportamento.

A região F está localizada diretamente acima da região E (antigamente a camada Kennelly-Heaviside) e abaixo da protonosfera. Ela atua como um refletor confiável de sinais de rádio HF, pois não é afetada pelas condições atmosféricas, embora sua composição iônica varie com o ciclo das manchas solares. Ela reflete frequências de incidentes normais na frequência crítica ou abaixo dela (aproximadamente 10 MHz) e absorve parcialmente ondas de frequência mais alta.

A camada F1 é o setor inferior da camada F e existe de cerca de 150 a 220 km acima da superfície da Terra e apenas durante o dia. É composta de uma mistura de íons moleculares O2 + e NO + , e íons atômicos O +.  Acima da região F1, o oxigênio atômico se torna o constituinte dominante porque partículas mais leves tendem a ocupar altitudes mais altas acima da turbopausa (a ~90 km). Este oxigênio atômico fornece os íons atômicos O + que compõem a camada F2. A camada F1 tem aproximadamente 5 × 10^5 e/cm^3 (elétrons livres por centímetro cúbico) ao meio-dia e atividade mínima de manchas solares, e aumenta para aproximadamente 2 × 10^6 e/cm^3 durante a atividade máxima de manchas solares. A densidade cai para menos de 10^4 e/cm^3 à noite.

Embora bastante regular em suas características a fusão de  F1 e F2  não é observável em todos os lugares ou em todos os dias. A principal camada refletora durante o verão para caminhos de 2.000 a 3.500 km é a camada F1. No entanto, isso depende da frequência de um sinal de propagação. A densidade de elétrons da camada E e o MUF resultante, frequência máxima utilizável, durante períodos de alta atividade solar podem refratar e, portanto, bloquear sinais de até cerca de 15 MHz de atingir as regiões F1 e F2, com o resultado de que as distâncias são muito mais curtas do que o possível com refrações das regiões F1 e F2. Mas sinais de ângulo de radiação extremamente baixo (menores que cerca de 6 graus) podem atingir distâncias de 3.000 km por meio de refrações da região E.

A camada F2 existe de cerca de 220 a 800 km acima da superfície da Terra, é a principal camada refletora para comunicações de rádio HF durante o dia e a noite. A distância limitada pelo horizonte para propagação de F2 de um salto é geralmente em torno de 4.000 km.  A camada F2 tem cerca de 10^6 e/cm^3 . No entanto, as variações são geralmente grandes, irregulares e particularmente pronunciadas durante tempestades magnéticas. O comportamento da camada F é dominado pelos ventos termosféricos complexos. As frequências críticas da camada F2 são as frequências que não passarão pela camada F2. Em raras condições atmosféricas, a propagação de F2 pode ocorrer, resultando em sinais de VHF sendo recebidos em grandes distâncias, muito além da área normal de recepção de 64 a 161  km .

Camada F3

A camada F3 é uma região da ionosfera que se localiza acima da camada F2, em latitudes equatoriais, entre 500 e 700 km de altitude, não é permanente e sua formação é mais comum em regiões equatoriais. A sua origem é explicada pela combinação do campo magnético norte com o campo elétrico leste-oeste, que produzem uma deriva vertical ascendente.  A inclinação magnética, a atividade solar e a sazonalidade, nos solstícios de dezembro e junho, e no verão em geral, a força eletromagnética, os ventos termosféricos, o campo magnético norte-sul, associado ao campo elétrico leste-oeste diurno, empurram o plasma ionosférico para cima na região do equador.  Favorecem assim, a ''subida'' de F2 e a formação de uma camada de ionizada entre a F2 que se elevou e F1, fenômeno este que tem ocorrido mais freqüentemente em períodos de baixa atividade solar.  A camada F2 ao subir, poderia ser chamada de camada ''G'', porém os processos físico-químicos da região F, e estudos realizados por Batista et al. 2002, mostram que a dinâmica da camada F permanece. Assim a camada que subiu pode ser dita F3 e a que se formou logo abaixo, F2.  

A camada F3 pode ser dividida em dois tipos, dependendo da época, ou seja, tipo 1, mais comum nos meses de verão, e do tipo 2  nos meses de inverno. A esta dinâmica de formação de F3 se dá o nome de Anomalia Equatorial. A camada adicional, depois de sua ocorrência, continua a existir por mais de 10 horas próximo ao equador. 

Exosfera

A Exosfera fica acima da ionosfera onde a atmosfera na divisa com o espaço exterior. 

Ozonosfera

A Ozonosfera é onde fica a camada de ozônio, de aproximadamente 10 a 50 km de altitude onde ozônio da estratosfera é abundante. Note que até mesmo dentro desta região, ozônio é um componente raro. É esta camada que protege os seres vivos da Terra contra a ação dos raios ultra-violeta. A Magnetosfera de um astro é a região definida pela interação do plasma estelar (Sol) magnetizado com a atmosfera magnetizada desse astro (Terra) em que os processos eletrodinâmicos são basicamente comandados pelo campo magnético intrínseco do planeta e sua interação com a estrela. Sua morfologia, em uma visão simples, pode ser vista como uma bolha comprimida na parte frontal ao fluxo estelar incidente no astro e distendida no sentido do afastamento desse fluxo. Apresenta a parte frontal a aproximadamente 10 raios terrestres, uma espessura de 30-50 raios terrestres e uma cauda que se alonga a mais de 100 raios terrestres. Mesmo um astro sem campo magnético pode apresentar uma magnetosfera induzida, que é consequência das correntes elétricas sustentadas pela ionosfera existente.

Magnetosfera

A Magnetosfera de um astro é a região definida pela interação do plasma estelar (Sol) magnetizado com a atmosfera magnetizada desse astro (Terra) em que os processos eletrodinâmicos são basicamente comandados pelo campo magnético intrínseco do planeta e sua interação com a estrela. Sua morfologia, em uma visão simples, pode ser vista como uma bolha comprimida na parte frontal ao fluxo estelar incidente no astro e distendida no sentido do afastamento desse fluxo. A região apresenta a parte frontal a aproximadamente 10 raios terrestres, uma espessura de 30-50 raios terrestres e uma cauda que se alonga a mais de 100 raios terrestres. Mesmo um astro sem campo magnético pode apresentar uma magnetosfera induzida, que é consequência das correntes elétricas sustentadas pela ionosfera existente.

Acima: A magnetosfera da Terra tem a forma de uma cauda de cometa.(Fonte: NASA)

Cinturões de Radiação, ou Cinturões de Van Allen

Cinturões de radiação ou cinturões de Van Allen são regiões quase toroidais em torno do equador magnético, a distância de 2 a 6 raios terrestres, preenchidas de partículas energéticas mas de baixa densidade volumétrica. Há um cinturão externo, produzido por partículas do plasma solar e terrestre que se aproximam da Terra ao longo desse equador, e um cinturão interno, produzido pela incidência de partículas de mais alta energia dos raios cósmicos. Populando essas regiões, os prótons e os elétrons apresentam-se com distribuições características distintas.

A Terra tem um sistema de compensações de temperatura, pressão e umidade, que mantém um equilíbrio dinâmico natural, em todas as suas regiões. As camadas superiores do planeta refletem em torno de quarenta por cento da radiação solar. Destes, aproximadamente 17% são absorvidos pelas camadas inferiores sendo que o ozônio interage e absorve os raios ultraviloeta, o dióxido de carbono e o vapor d'água absorvem os raios infravermelhos. Restam 43% da energia, esta alcança a superfície do planeta. Que por sua vez reflete dez por cento das radiações solares de volta. Além dos efeitos descritos, existe ainda a influência do vapor d'água e sua concentração variável. Estes, juntamente com a inclinação dos raios solares em função da latitude, agem de forma decisiva na penetrância da energia solar, que por sua vez tem aproximadamente 33% da energia absorvida por toda a superfície atingida durante o dia, sendo uma parte muito pequena desta re-irradiada durante a noite. Além de todos os efeitos relatados anteriormente, existe ainda a influência e interação dos oceanos com a atmosfera em sua auto regulação. Estes mantém um equilíbrio dinâmico entre os fenômenos climáticos das diferentes regiões da Terra. Todos os mecanismos relatados acima atuando em conjunto, geram uma transição suave de temperaturas em todo o planeta. Excessão à regra ocorre, onde são menores a quantidade de água, vapor desta e a espessura da troposfera, como nos desertos e cordilheiras de grande altitude. Na baixa atmosfera, o ar se desloca tanto no sentido horizontal gerando os ventos, quanto no vertical, alterando a pressão. Pois, por diferenças de temperatura, a massa aérea aquecida sobe, e ao esfriar-se, desce e novamente, gerando assim um sistema oscilatório de variação de pressão atmosférica. Uma das maiores determinantes na distribuição do calor e umidade na atmosfera é a circulação do ar, pois esta ativa a evaporação média, dispersa as massas de ar quente ou frio conforme a região e o momento. Por conseqüência caracteriza os tipos climáticos. À esta circulação de ar, quando na horizontal, chama-se vento, que é definido como o movimento do ar paralelo à superfície da Terra. Quando o deslocamento é na vertical, denomina-se corrente de ar. Aos movimentos verticais e horizontais de superfície, somam-se os jet streams, e os deslocamentos de massas de ar, que determinam as condições climáticas do planeta.

Acima: Vista do espaço, na região limítrofe entre a atmosfera e o vácuo do espaço exterior, está a ionosfera com suas características de ionização. (Fonte: NASA)

O Sol e os raios cósmicos

O maior agente de ionização da ionosfera, é o Sol, cuja radiação nas bandas de raio X, e luz ultravioleta, insere grande quantidade de elétrons livres em seu meio. Os meteoritos e raios cósmicos também são responsáveis pela presença secundária de íons na região.

Na ionosfera a densidade de elétrons livres é variável de acordo com a hora do dia, estação do ano, e variações da composição da quimiosfera.

Densidade iônica

Nas zonas mais baixas da atmosfera, os elétrons livres e íons desaparecem. Isto ocorre devido à maior densidade de partículas mais pesadas, portanto, a recombinação prevalecerá sobre a ionização. A densidade dos gases nas zonas mais altas é muito baixa. A quantidade de radiação, ou seja, a energia vinda do espaço é muito grande até determinada altitude, contudo, não existem gases, átomos, ou moléculas livres suficientemente para serem ionizadas. Só haverá ionização à medida em que mergulhamos na atmosfera, até uma certa profundidade limítrofe.

A luminescência atmosférica, vista do espaço, adquire as mais diversas tonalidades e cores, à medida em que fazemos o mergulho para dentro da atmosfera, dependendo da hora, temperatura, etc, adquire uma coloração que varia do verde-violeta ao vermelho alaranjado.

Reflexão ionosférica

Acima: Propagação de ondas de rádio via Ionosfera, reflexão, refração e dutificação. (Fonte:Angelo Leithold py5aal)

Canalização, espalhamento e reflexão através da ionosfera, são fenômenos concomitantes, porém algumas vezes concorrem entre si, outras vezes se somam. A reflexão ionosférica é explorada por sistemas de radiodifusão com as antenas de transmissão em ângulo baixo. As propriedades operacionais das ionossondas (sistemas compostos de transmissores, receptores e antenas direcionais apontadas diretamente para a ionosfera) propiciam um conhecimento do comportamento da região. O princípio da reflexão ionosférica em ângulos altos é utilizado há muitos anos para pesquisas, porém pouco utilizado nas comunicações. O efeito ocasionado por inúmeras camadas sucessivas de ionização leva à reflexão das ondas de rádio. Este efeito ocorre sobre uma faixa de alturas estreita e em baixas freqüências, onde, ou os raios refratam, ou refletem. No caso da refração a distância atingida por estes é apreciável, chegando a milhares de quilômetros. No caso da reflexão direta, esta não ultrapassa a algumas centenas de quilômetros. O espalhamento fraco e incoerente de energia ocorre devido às flutuações térmicas e aleatórias da densidade eletrônica no plasma ionosférico. Este espalhamento tem sua eficiência aumentada pelas irregularidades ionosféricas e pelo aumento da densidade iônica. A Máxima Freqüência Utilizável, é a maior freqüência possível onde pode ocorrer o fenômeno da reflexão ionosférica. Estas irregularidades dão origem a sinais de espalhamento direto e sinais de retroespalhamento (reflexão). No caso da reflexão direta, não há canalização, já no caso do espalhamento, ocorre a refração e a canalização ou dutificação dos sinais. A canalização de sinais a grande distâncias ocorre em altura de ionização reduzida, porém não é regra. A probabilidade desta é nas camadas E e F, em alguns casos com ecos percorrendo toda a circunferência da Terra. Pode ocorrer a canalização, onde o sinal refrata e reflete ao mesmo tempo dentro de regiões irregulares do campo alinhado acima da região F também, porém sem íons livres isto não acontece.

Acima: A lei de Snell (Fonte: Angelo Leithold - py5aal)

A reflexão ionosférica pode levar ao fenômeno da cintilação, isto ocorre devido à atuação dos sinais perante as irregularidades ionosféricas que atual como uma tela de fase variável nos sinais transionosféricos de fontes. Esta tela eletrônica dá origem à efeitos de difração com cintilação de amplitude, ângulo de chegada e fase. Portanto, num meio variável onde ocorrem densidades variáveis, ocorre o fenômeno da reflexão, refração e difração dos sinais de radiofreqüência que pode ser simultâneo ou não.

A camada D é a mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km, é a que absorve a maior quantidade de energia eletromagnética, seu comportamento é diurno, aparece no momento em que as moléculas começam a adquirir energia solar. Esta camada permanece por alguns instantes no início da noite. Ionicamente é a menos energética. É a responsável pela absorção das ondas de rádio durante o dia.

A camada E

Acima da camada D, existe a camada E, esta se localiza embaixo das camadas F1 e F2, sua altitude média é entre os 80 e os 100-140 km. Semelhante à camada D, durante o dia se forma e se mantém, durante a noite se dissipa. Em algumas ocasiões, dependendo das condições de vento solar e energia absorvida durante o dia, a camada E pode permanecer esporadicamente à noite, quando isto ocorre é chamada de camada E Esporádica. Esta camada tem a particularidade de ficar mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si.

As camadas F1 e F2

A camada F1 está acima da camada E e abaixo da camada F2 ~100-140 até ~200 Km. Existe durante os horários diurnos, acompanhando o comportamento da camada E, podendo esporadicamente estar presente à noite. Serve de refletora em determinadas freqüências, esta reflexão varia conforme a espessura que adquire ao receber energia solar. Normalmente a radiofreqüência incidente que atravessa a camada E, atravessa a F1, porém muitas vezes refrata. Ao fazê-lo altera seu ângulo de incidência sobre a camada F2, refletindo nesta.

A camada F2 é a mais alta das camadas ionosfericas, está entre os 200 e 400km de altitude. Acima da F1, E, e D respectivamente. É o principal meio de reflexão ionosférico utilizado para as comunicações em altas freqüências à longa distância. A sua altitude varia conforme a hora do dia, época do ano, condições de vento e ciclo solares. A propagação e reflexão obedecem a estas variáveis. Seu aparecimento ocorre ao nascer do Sol, quando a camada F se desmembra em F1 e F2. A reflexão nesta camada pode gerar o aparecimento do fenômeno raro da dutificação da radiofreqüência, ocasionando contatos à dezenas de milhares de quilômetros e ecos ionosféricos.

Acima: A ionosfera comparativamente às regiões atmosféricas.

(Fonte Angeloleithold)

BIBLIOGRAFIA

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*Tascione, Thomas F. (1994). Introduction to the Space Environment, 2nd. Ed.. Malabar, Florida USA: Kreiger Publishing CO.. ISBN 0-89464-044-5.

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