Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche: cos’è la ionosfera?

l’atmosfera terrestre

di Saverio Spinelli – Continua il nostro Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche: oggi scopriamo cos’è la ionosfera, dopo aver visto nell’ultimo articolo cosa sono le macchie solari. La ionosfera è una regione dell’atmosfera   normalmente situata tra 60 e 450 km dalla superficie terrestre e composta, oltre che essenzialmente da azoto ed ossigeno a livello molecolare, anche da particelle  ionizzate (ioni positivi ed elettroni liberi).

La ionizzazione  viene causata dalle radiazioni UV,  X e Gamma,  denominate appunto ionizzanti e si manifesta con una rottura degli atomi nelle loro due componenti elettriche (nuclei, con carica positiva ed elettroni liberi, che sono caricati negativamente).

Nel caso dell’atmosfera terrestre la ionizzazione dipende in massima parte dalla radiazione solare ultravioletta ed infatti l’effetto si manifesta attraverso una densità elettronica  (numero di elettroni liberi per  unità di volume) proporzionale all’altezza dalla superficie terrestre (gli strati superiori sono infatti i più esposti alla radiazione solare e quindi presentano un livello più elevato di ionizzazione).

L’intera regione ionosferica risulta stratificata sulla base di diverse densità elettroniche,  in differenti  sub regioni denominate (a partire dal basso) strati D-E-F1-F2);  lo strato F presenta una densità elettronica di circa 10.000 volte superiore a quella dello strato D.  In Fig. 31 se ne può vedere una rappresentazione.

Il livello di ionizzazione e le caratteristiche dimensionali  di questi strati atmosferici, nonché la presenza stessa degli strati più bassi,  dipendendo   essenzialmente dalla radiazione ultravioletta solare,  sono caratterizzati da una elevata instabilità diurna (a causa della irradiazione solare, assente di notte) e stagionale (a causa delle differenti ore di insolazione tra Estate ed Inverno).

Fig. 32 – Fonte INGV – variazioni della ionosfera nei limiti di macchie solari minimo R=0 e massimo R=200 durante il giorno

Nello schema in Fig. 32  è possibile notare i differenti livelli di ionizzazione tipici giornalieri (espressi in numero di elettroni per m3).

La regione ionosferica aumenta il suo spessore di giorno e d’estate, oltre che, più in generale, sulla base dell’attività solare (e quindi del  numero di macchie presenti nel periodo preso in esame).

Inoltre lo strato più basso (lo strato D), a causa della sua minore altezza e quindi della sua minore esposizione alla radiazione solare, normalmente di notte si dissolve completamente.

  1. Cosa sono le onde elettromagnetiche?
  2. Cos’è lo spettro elettromagnetico?
  3. Come si fa a conoscere la temperatura delle stelle?
  4. Come si è scoperto che l’universo è in espansione?
  5. Cosa sono le onde radio?
  6. Come vengono prodotte le onde radio?
  7. Cosa hanno in comune antenne radio e telescopi?
  8. Quali antenne usano i radioamatori? E i sottomarini?
  9. Come si propagano le onde radio?
  10. Cosa sono le macchie solari?
  11. Cos’è la ionosfera?
  12. Quali sono gli effetti della ionosfera sulle onde radio?
  13. Che fine fanno le onde radio dirette verso il cielo?
  14. Cosa sono le onde corte?
  15. Un’onda radio può fare il giro del mondo?