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REGIÕES DA IONOSFERA: REGIÃO C; REGIÃO D; REGIÃO E; REGIÃO E ESPORÁDICA; REGIÃO F1; REGIÃO F2; REGIÃO F3

RESUMO

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaA atmosfera da Terra contém uma série de regiões que têm um número relativamente grande de átomos e moléculas eletricamente carregados. Como um grupo, essas regiões são coletivamente chamadas de ionosfera. Raios X de alta energia e a radiação ultravioleta (UV) do Sol estão constantemente colidindo com moléculas de gás e átomos na atmosfera superior da Terra. Algumas dessas colisões libertam elétrons dos átomos e moléculas, criando íons eletricamente carregados, átomos ou moléculas com elétrons faltantes e elétrons livres. Esses íons eletricamente carregados e elétrons se movem e se comportam de forma diferente dos átomos e moléculas normais e eletricamente neutros. Regiões com maiores concentrações de íons e elétrons livres ocorrem em várias altitudes diferentes e são conhecidas como um grupo chamado Ionosfera.

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaO maior agente de ionização da ionosfera, é o Sol, cuja radiação nas bandas de raio X, e 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 ás variações da composição química da alta atmosfera. A cada 11 anos, obedecendo ao ciclo das manchas solares, a densidade de elétrons e a composição da ionosfera sofrem mudanças radicais, podendo inclusive bloquear totalmente as comunicações em HF. A composição da atmosfera, a partir dos cem quilômetros de altitude, embora tênue, varia, já que os gases estratificam-se. Por exemplo os gases, O2, O, N2, N, absorvem radiações quantitativamente, uma vez que o nível de absorção varia conforme a densidade destes, a densidade de ionização varia proporcionalmente com a altura formando desta forma camadas de absorção distintas e variáveis, conforme a hora do dia.

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaNas zonas mais baixas os elétrons livres e íons tendem a reduzir bastante, pois sempre a recombinação prevalecerá sobre a ionização, devida maior densidade de partículas. Nas zonas mais altas é muito baixa a densidade de gases, moléculas e átomos, a quantidade de radiação, ou seja a energia provinda do espaço é muito alta, porém, não existem gases, átomos, ou moléculas livres o suficiente para ser ionizadas, portanto só haverá ionização à medida que se mergulha na atmosfera, até uma certa profundidade, assumindo-se, por exemplo, a atmosfera fluídica. A propagação de ondas eletromagnéticas no plasma ionosférico, se comporta analogamente como ondas sônicas dentro de fluídos de diferentes densidades. Ora refletindo, ora refratando, ora sem oferecer resistência alguma, e ora refletindo e refratando ao mesmo tempo. Num plasma com N colisões elétron – partículas.  Basicamente se pode afirmar que a Ionosfera é parte da atmosfera superior da Terra, entre 80 e cerca de 600 km, onde a radiação solar Ultravioleta Extrema (EUV) e raios X interagem com os átomos e moléculas, criando assim uma camada de íons, ela é importante porque refrata, reflete e modifica a propagação das ondas de rádio usadas para comunicação e navegação. 

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaOutros fenômenos, como partículas carregadas energéticas e raios cósmicos, também têm um efeito ionizante e podem contribuir para a ionosfera. Os átomos e moléculas atmosféricas são impactados pela alta energia dos fótons EUV e raios X do Sol. A quantidade de energia (fluxo de fótons) nos comprimentos de onda EUV e raios X varia em quase um fator de dez ao longo do ciclo solar de 11 anos. A densidade da ionosfera muda e devido à variabilidade espectral da radiação solar e à densidade de vários constituintes na atmosfera, há camadas criadas dentro da ionosfera. Outros fenômenos solares, como erupções e mudanças no vento solar e tempestades geomagnéticas também afetam a carga da ionosfera. Como a maior quantidade de ionização é causada pela irradiação solar, o lado noturno da Terra e o polo apontado para longe do Sol, dependendo da estação, têm muito menos ionização do que o lado diurno da Terra e o polo apontando para o Sol.

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaExistem três regiões principais da ionosfera, chamadas de camada D, camada E e camada F, elas não têm limites nítidos, e as altitudes em que ocorrem variam ao longo do dia e de estação para estação. A região D é a mais baixa, começando cerca de 60 ou 70 km acima do solo e se estendendo para cima até cerca de 90 km. A próxima mais alta é a região E, começando cerca de 90 ou 100 km para cima e se estendendo para 120 ou 150 km. A parte mais alta da ionosfera, a região F, começa cerca de 150 km e se estende para cima, às vezes até 500 km acima da superfície.

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaAs regiões da ionosfera não são consideradas camadas separadas, como a troposfera e a estratosfera mais familiares . Em vez disso, são regiões ionizadas embutidas nas camadas atmosféricas padrão . A região D geralmente se forma na parte superior da mesosfera , enquanto a região E normalmente aparece na termosfera inferior e a região F é encontrada nas partes superiores da termosfera. A altura, a fração de partículas ionizadas e até mesmo a existência das diferentes regiões da ionosfera variam ao longo do tempo. A ionosfera é muito diferente durante o dia em comparação à noite. Durante o dia, os raios X e a luz UV do Sol fornecem continuamente a energia que liberta elétrons de átomos e moléculas, produzindo um suprimento contínuo de íons e elétrons livres. Ao mesmo tempo, alguns dos íons e elétrons colidem e se recombinam para formar átomos e moléculas normais e eletricamente neutros.

 #professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaDurante o dia, mais íons são criados do que destruídos, então o número de íons nas três regiões aumenta. À noite, o processo de recombinação assume na ausência de luz solar, e o número de íons cai. Ao longo da maioria das noites, a região D desaparece completamente e a região E enfraquece à medida que o número de íons nessa camada despenca. A cada manhã, conforme os raios X solares e a luz UV retornam, as regiões D e E são repovoadas com íons. A região F de maior altitude permanece durante toda a noite, mas geralmente se divide em uma camada F 2 superior e uma camada F 1 inferior durante o dia.

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaAntes da comunicação via satélite se tornar comum, os operadores de sistemas de comunicação por rádio frequentemente usavam a ionosfera para estender o alcance de suas transmissões. As ondas de rádio geralmente viajam em linhas retas, então, a menos que uma torre de transmissão alta possa ver o topo de uma torre receptora, a curvatura da Terra limita o alcance das transmissões de rádio para estações que não estão acima do horizonte. No entanto, algumas frequências de ondas de rádio refratam ou refletem nas partículas eletricamente carregadas em certas camadas da ionosfera. As comunicações de rádio pré-satélite frequentemente tiravam vantagem desse fenômeno, em que as ondas de rádio tinham um alcance maior dos sinais. Os operadores de rádio tinham que levar em conta as constantes mudanças na ionosfera, particularmente as mudanças ou desaparecimento das camadas entre o dia e a noite, para efetivamente tirar vantagem dessas reflexões espelhadas das ondas de rádio.

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaAs regiões da ionosfera podem absorver ou amortecer sinais de rádio, ou podem dobrar ondas de rádio, bem como refletir os sinais conforme descrito acima. O comportamento específico depende tanto da frequência do sinal de rádio quanto das características da região da ionosfera envolvida. Como os satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS) usam sinais de rádio para determinar localizações, a precisão do GPS pode ser severamente reduzida quando esses sinais se curvam ao passarem pelas regiões da ionosfera. Da mesma forma, algumas comunicações de rádio podem ser interrompidas se a frequência usada for uma que uma camada da ionosfera amortece ou absorve inteiramente, resultando em um sinal enfraquecido ou mesmo perda total das comunicações. Os cientistas medem e produzem constantemente modelos de computador da ionosfera em constante mudança para prever interrupções. Cientistas usam ondas de rádio de várias maneiras para sondar e monitorar a ionosfera, que de outra forma seria invisível. 

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaVárias antenas de rádio e sistemas de radar, no solo e em satélites, são usados ​​para monitorar a ionosfera em constante evolução. Antenas de rádio recebem sinais de rádio gerados pela própria ionosfera, sistemas de radar refletem sinais de diferentes camadas, e pares de transmissores e receptores disparam sinais através da ionosfera para determinar o quanto esses sinais são amortecidos ou redirecionados. Junto com as flutuações diárias na ionosfera, também há variações sazonais e de longo prazo neste complexo conjunto de regiões. Diferentes latitudes esquentam e esfriam com as estações, pois a intensidade da energia solar varia de lugar para lugar devido à inclinação do eixo da Terra. Da mesma forma, a ionosfera varia sazonalmente, pois a localização do pico de intensidade dos raios X solares e da radiação UV, que impulsionam a taxa de formação de íons, se move ao redor do globo. Mudanças sazonais na química da atmosfera também desempenham um papel, influenciando a taxa de eventos de recombinação que removem íons da atmosfera. 

#professorangeloantonioleithold#py5aal#notasdeaulaA longo prazo, o ciclo de manchas solares de 11 anos tem uma forte influência nas camadas superiores da atmosfera, incluindo a ionosfera. O brilho do Sol, em comprimentos de onda de luz visível, varia em menos de 1/10 de um por cento entre o ponto alto e o ponto baixo do ciclo de manchas solares. No entanto, a saída de raios X e UV do Sol varia muito mais ao longo do ciclo solar, flutuando por um fator de 10 ou mais. Como esses raios X e radiação UV controlam a taxa de formação de íons que produz a ionosfera, grandes variações nesses tipos de radiação levam a grandes mudanças nas densidades de íons nas regiões da ionosfera. Além disso, grandes tempestades geomagnéticas desencadeadas por erupções solares e ejeções de massa coronal do Sol podem criar graves interrupções temporárias na ionosfera. Para mais detalhes: IONOSFERA - NOTA DE AULA  49    IONOSFERA - NOTA DE AULA 21

fessor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira  Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.