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GNSS y la ionosfera
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​Sierra Nevada del Cocuy desde el sector Ritacuba.  Fotografía de Carmen Rosa Castiblanco. 2009

 Estudio de la ionosfera


Estudio de la ionosfera con tecnología geodésica espacial GNSS
Generalidades

La primera evidencia de la existencia de lo que ahora se denomina ionosfera viene dada aproximadamente desde el siglo XIX, cuando Carl Gauss y Balfour Stewart formularon la hipótesis acerca de la existencia de corrientes eléctricas en la atmósfera, con el fin de explicar las variaciones en el campo magnético observadas sobre la superficie de la Tierra. Posteriormente, en el año 1901, cuando Guglielmo Marconi transmitió satisfactoriamente señales de radio a través del Atlántico, se comprobó plenamente la existencia de la ionosfera; este experimento mostró que las ondas de radio se deflectan alrededor de la superficie de la Tierra en una mayor extensión de la que se le pudiese atribuir al fenómeno de la difracción. En 1902, A. E. Kennelly y O. Heaviside sugirieron que las cargas eléctricas libres en la parte superior de la atmósfera podrían reflejar las ondas de radio, confirmándose esto entre 1912 y 1914 mediante las mediciones realizadas por Lee de Forest y L. F. Fuller, integrantes de la FTC (Federal Telegraph Company), las cuales dieron lugar al descubrimiento de las diferentes regiones de la ionosfera, conocidas como D, E y F, por medio de procesos de reflexión.

La radiación ultravioleta y los rayos X provenientes del sol interactúan con moléculas y átomos de gases en las zonas mas altas de la atmósfera terrestre, resultando en la formación de gases ionizados formados por un gran número de cargas libres positivas, (moléculas y átomos), y cargas libres negativas, (electrones). La ionosfera se extiende aproximadamente desde 70 km hasta 1.000 km de altura con respecto a la superficie de la tierra. Los procesos de ionización que dan origen a esta zona de la atmósfera varían según la altura; su composición es un factor esencial que determina el tipo de proceso que tendrá lugar en la formación de moléculas neutras, cationes y electrones libres. Las característica de la ionosfera respecto a la composición molecular, iónica y electrónica, son de gran ayuda para delimitar diferentes regiones que la componen, mostrando las variaciones en concentración de los gases compuestos por estos elementos, dando lugar a sectores definidos por cambios en su densidad y características referentes a la conductividad eléctrica.

Como la ionosfera debe su existencia a la radiación solar, naturalmente varía con el transcurso del día, la estación del año y la posición geográfica. Comúnmente, el contenido de electrones libres alcanza su valor máximo dos horas después del medio día debido al retrazo que tiene la atmósfera con respecto a la rotación del planeta. En diferentes épocas del año el sol se encuentra verticalmente por encima de distintos lugares geográficos. En el equinoccio (Marzo 21 y septiembre 23) el sol se encuentra directamente sobre el Ecuador, mientras que en el solsticio (21 de diciembre y 21 de junio) esto sucede sobre los trópicos de Cáncer y Capricornio. Al igual que en las variaciones diarias y estacionarias, la posición relativa del sol con respecto a la atmósfera juega un papel preponderante en las variaciones latitudinales de densidad ionosférica. El ángulo solar del cenit determina el grado de ionización, en donde los sitios con ángulos pequeños se encuentran expuestas a una mayor tasa de radiación. Las variaciones en la actividad solar se refieren a la respuesta del comportamiento ionosférico, a la actividad de manchas solares o fenómenos esporádicos como eyecciones de masa coronaria, erupciones solares o de rayos X, resultando en el incremento de la densidad del plasma en la ionosfera. Por otro lado, existe una anomalía ecuatorial en una región de alta densidad de electrones distribuida simétricamente alrededor de 15° del ecuador geomagnético, haciendo la región de bajas latitudes un lugar con características especiales. Esta anomalía es también conocida como la “Anomalía de Appleton”.