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Ene 26 2011

Refracción de las ondas de radio en la ionosfera

[This post participates in the Carnival of Space #183 in Parallel Spirals blog]

Appleton descubrió la ecuación que describe el paso de las ondas de radio a través de la ionosfera. La ionosfera, que es una capa atmosférica terrestre, consiste en varias capas de ionización, incrementándose el número de partículas ionizadas a medida que se asciende. La densidad de electrones incrementa con la altura, a la vez que la frecuencia plasma. La primera capa está a 90 kms de la superficie, es la causante de que los meteroides procedentes del espacio al friccionar con la atmósfera terrestre se conviertan en los conocidos meteoros, y no solo existe esta capa atmosférica en la Tierra, también la hay en Marte.

Ionosfera terrestre. Fuente: Wikipedia
Ionosfera marciana. Fuente: Wikipedia
Cada capa atmosférica tiene un diferente índice de refracción, y por ello las ondas de radio son desviadas. La luz es una onda electromagnética que se mueva a velocidad c (aprox. 300.000 kms/s), pero en un medio diferente al vacío se mueve a una velocidad v tal que v<c. El índice de refracción en el medio es:
      n=c/v
n varía con la frecuencia, con lo cual la luz puede ser dispersada pasando a través de los componentes de un material: la dirección de los rayos cambian. Se define i como el ángulo de incidencia y r el ángulo de refracción. Por la ley de Snell:
      n=sen(i)/sen(r)
donde sen identifica la función seno. Las ondas de radio son refractadas por la capa atmosférica superior ionizada del mismo modo que le ocurre a la luz:
      n=sqrt(1-(f(n)^2)/(f^2))
donde sqrt identifica la función raíz cuadrada y ^2 indica «elevado al cuadrado». f(n) es la frecuencia plasma del electrón y f la frecuencia de propagación de las ondas de radio. Incluso si la onda de radio atraviesa varias capas, puede ser reflejada: La onda de radio será reflejada a una altura en la cual se igual la frecuencia de la señal de onda de radio y la frecuencia plasma. Este principio ayuda a determinar la ionización de la atmósfera.
Refracción de un rayo de luz. Fuente: Wikipedia

Ionosondas
Una ionosonda es una estación que transmite pulsos de ondas de radio verticalmente dentro de la atmósfera, y tiene la capacidad de variar la frecuencia de la onda constantemente. A cada frecuencia de señal, ésta será reflejada de vuelta desde la ionosfera a la altura en la cual la frecuencia de plasma es igual a la frecuencia de la señal enviada. La distancia a este punto puede ser determinada por el tiempo transcurrido entre la transmisión y recepción. Esto ha permitido descubrir que la frecuencia de plasma varía con la altura.
En algunos casos, si la ionización decrece a cierta altura, la onda puede pasar a la siguiente capa, con lo cual esta técnica puede no detectar ciertas capas.

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