Ionosfera
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A ionosfera se localiza entre sessenta e quatrocentos quilômetros de altitude, é composta de íons, plasma ionosférico, e, devido à sua composição, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz.
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[editar] 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, altitudo e variações da composição da quimiosfera.
[editar] O ciclo solar e sua influência
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.
[editar] A variação da densidade iônica
Nas zonas mais baixas da atmosfera, os elétrons livres e íons desaparecem. Isto ocorre devido à maior densidade de partículas, 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.
[editar] A propagação eletromagnética
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.
Num plasma com n colisões por segundo de partículas, entre estas: íons; átomos; moléculas; elétrons; neutrinos; etc, o movimento termo-eletrônico tem características ora fluidas, ora sólidas, ora gasosas.
O plasma ionosférico não é líquido, nem sólido, tampouco gasoso, seu comportamento é difícil de prever, por isso as previsões de condições de propagação de radiofreqüência são tão complexas.
[editar] Oscilação de propagação de ondas eletromagnéticas
A ionosfera dependendo da hora do dia ou da insolação, nas bandas de Raio-X e luz ultra-violeta, separa-se em camadas, isso ocorre devido à absorção energética de seus componentes.
No plasma ionosférico encontramos condutividade iônica e permessividade eletromagnética , isto é, em alguns momentos parece se comportar como um condutor elétrico ou placa metálica, em outros pode se comportar como um condutor sintonizado em determinadas freqüências podendo refletir determinados comprimentos de onda praticamente sem perdas, absorver outros comprimentos de onda inutilizando totalmente a propagação destas.
[editar] Reflexão ionosférica
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, 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.
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.
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. Fenômenos ocorridos na faixa de freqüência de HF e faixa inferior VHF.
[editar] Variação da densidade ionosférica
Durante o dia o aumento da densidade ionosférica é significativo, conseqüentemente, a altitude da região diminui. À noite com a diminuição da densidade, a ionosfera aumenta sua altitude ficando mais tênue, propiciando um aumento da propagação de ondas de rádio para distâncias maiores.
[editar] As camadas ionosféricas
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.
As camadas iônicas da ionosfera são: D;E;F1;F2;
[editar] Camada D
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.
[editar] Camada E
Acima da camada D, embaixo das camadas F1 e F2, sua altitude média é entre os 80 e os 100-140km. 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.
[editar] Camada F1
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. Ao fazê-lo refrata-se, alterando seu ângulo de incidência sobre a camada F2, refletindo nesta.
[editar] Camada F2
A mais alta das camadas ionosfericas a camada F2, está entre os 200 e 400km de altitude. Acima da F1, E, e D respectivamente. É o principal meio de reflexão ionosferico utilizado para as comunicações em altas freqüências à longa distância.
A altitude da F2 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.
A refração da radiofreqüência nesta camada propicia a comunicação a milhares de quilômetros.
[editar] As pesquisas da região ionosférica no Brasil
No Brasil a pesquisa da ionosfera é principalmente executada pela Divisão de Aeronomia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE.
Os estudos ionosféricos iniciaram em 1963, através da recepção de sinais de satélites.
Em 1973, em Cachoeira Paulista,SP, a pesquisa através de ionosondas teve seu aprimoramento e alargamento dos dados coletados. Em 1975, em Fortaleza, Ceará foram instalados equipamentos de pesquisa, entre estes antenas transmissores e ionossondas de grande precisão.
Em 1984, o Ministério da Aeronáutica brasileiro autorizou o Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA) a efetuar experiências e sondagens com foguetes ionosféricos e equipamentos desenvolvidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).
A Universidade Estadual do Maranhão e o INPE, firmaram um convênio tecnológico e construíram um observatório espacial em São Luis, Maranhão, este foi aquipado com uma digissonda, e um radar de espalhamento coerente (ESCO).
A função destes instrumentos científicos é estudar o comportamento da ionosfera, os processos dinâmicos, eletrodinâmicos e químicos do plasma.
Os dados recolhidos através de sensoriamento remoto utilizam foguetes, satélites, sistemas de modelagem e simulação dos processos ionosféricos e termosféricos.
[editar] Links Externos
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| Ver também: Ionosfera, Exosfera, Cinturão de Van Allen, Camada de ozônio, Magnetosfera. |
