Una mirada “dorada” a la ionosfera

Hogar de los astronautas en la estación espacial y de muchos satélites comerciales y de observación de la Tierra, la ionosfera fluctúa constantemente y responde a los cambios desde arriba y desde abajo. Un instrumento financiado por la NASA está arrojando nueva luz sobre los procesos invisibles y los ritmos en juego en esta intersección entre la Tierra y el espacio.

Entre 80 y 600 kilómetros sobre el suelo, la radiación del Sol calienta algunos de los gases en nuestra atmósfera superior hasta que pierden un electrón o dos. El resultado es un mar de partículas cargadas eléctricamente (iones) entremezcladas con la atmósfera superior neutra.

La energía fluye constantemente desde el Sol y desde el espacio cercano a la Tierra, una expresión de lo que los científicos llaman tiempo espacial. Pero la ionosfera también responde a los patrones climáticos que se extienden desde las partes más bajas de la atmósfera de la Tierra. Tales cambios pueden dificultar el trabajo en el espacio y afectan regularmente a los sistemas de comunicaciones clave, como la radio de alta frecuencia (HF) y el GPS.

Según el científico atmosférico Richard Eastes de la Universidad de Colorado, la región es mucho más variable de lo que esperaban los científicos. Esa información proviene del trabajo con el instrumento Global-scale Observations of the Limb and Disk (GOLD), que captura imágenes de la ionosfera en luz ultravioleta para rastrear los cambios de temperatura, densidad y composición.

La imagen de arriba fue adquirida por GOLD el 19 de diciembre de 2018, una vista de todo el hemisferio occidental como se observa desde la órbita geoestacionaria. El tercio izquierdo de la esfera todavía está a la luz del día, mientras que el este de América del Norte y del Sur se bañó en el crepúsculo o la oscuridad. Las franjas azules que se extienden a través del Océano Atlántico se conocen como la anomalía de Appleton, una región de la ionosfera alrededor del ecuador magnético que permanece activada durante gran parte de la noche debido al aumento del plasma desde las partes más bajas de la ionosfera.

Eastes señaló que en una noche, las crestas pueden estar uniformemente espaciadas sobre el ecuador; la noche siguiente, pueden estar muy separados y en una posición completamente diferente. Los caminos que toman las ondas de radio, como los utilizados por el GPS, dependen de la densidad de la ionosfera. A veces, los cambios en la densidad y la ubicación de estos puntos calientes pueden interferir con las señales de comunicación.

Cambios en la composición de la atmósfera neutra sobre el hemisferio occidental

Este par de imágenes muestra los cambios en la composición de la atmósfera neutra sobre el hemisferio occidental a plena luz del día, antes y durante una tormenta geomagnética del 4 al 5 de noviembre de 2018. Observe cómo la relación de oxígeno atómico a gas nitrógeno aumenta a bajas latitudes (convirtiéndose en más brillante en la imagen) y disminuye en latitudes altas (más oscuro) a raíz de la tormenta.

Durante tales tormentas, la atmósfera neutral cerca de los polos magnéticos se calienta por la energía proveniente de la magnetosfera, y la relación de densidad disminuye rápida y dramáticamente. En latitudes más bajas, sucede lo contrario, ya que grandes cantidades de oxígeno atómico se mueven de latitudes altas a bajas. Como la atmósfera neutra y la ionosfera están acopladas, los cambios en la composición alteran la densidad de la ionosfera y el comportamiento de las señales de radiocomunicaciones.

Cambios de noche a noche

Aunque algunas características como la anomalía de Appleton no son nuevas para los científicos, el equipo de investigación de GOLD se sorprendió de cuánto varía la ionosfera de noche a noche. "Estos fueron hallazgos muy sorprendentes para mí y para el resto del equipo que ha estado analizando estas cosas durante muchos años", dijo Eastes, el investigador principal de GOLD. "No era algo que anticipamos".

Imagen de NASA cortesía de Stanley Solomon y John Correira, GOLD Project. Texto de Lina Tran, NASA Goddard Space Flight Center, con Mike Carlowicz.

NASA Earth Observatory