Circuito elettrico terrestre [Archivio]

Scolari

9th October 2009, 12:52

Nubi magnetizzate, Red Spriters e Blue Jet:

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Un fenomeno interessante, riguarda proprio le nubi magnetizzate, invisibili, ma che assumono grande importanza per coloro che praticano la radio amatoriale.
Come detto in precedenza, all’interno della ionosfera, esiste uno strato chiamato Es (E sporadico) presente solo in determinate circostanze.

Lo strato Es corrisponde con uno strato entro il quale possono formarsi nubi con un elevata concentrazione ionica ad altezze comprese tra i 90 e i 110 km di altezza.
Un fenomeno che potrebbe sopratutto essere il risultato di impatti meteorici, che infammandosi proprio a queste altezze, ionizzerebbe l’aria circostante, creando “nubi” di alta concetrazione ionica.
Un’altro evento in grado di dar luogo a nubi mangetizzate, sono i Blu Jet e i Red Sprites.
Si tratta in entrambi i casi, di potenti scariche elettriche, che dalla sommita di supercelle o multicelle temporalesche si scaricano a circa 100 km di altezza, anche in questo caso, il fenomeno da luogo ad una forte ionizzazione dell’aria circostanze all’interno della bassa ionosfera.
Sovente questi generi di fulmini, vengono confusi, come grossi dischi volanti che si inalzano verso il cielo a grandi velocità, questo anche per il semplice fatto, che possono essere osservati quando la sommità della supercella temporalesca si trova ben oltre l’orizzonte.

Onde di marea: grossi moti convettivi all’interno della troposfera, in presenza di temporali o perturbazioni atmosferiche, possono perturbare a breve, il normale flusso elettrico all’interno della bassa ionosfera.
Al culmine di una formazione temporalesca, lo stato di agitazione è fortissimo e quest’agitazione è in grado di trasmettere onde gravitazionali fino alla Mesosfera, turbando così l’andamento ionico a queste altezze.
Anche sistemi circolatori stagionali: come quella lunga colonna d’aria ascendente che si riscontra sopra il polo dell’emisfero estivo, può produrre importanti onde di marea, che si propagano dai 90 km di altezza con velocità di alcune centinaia di m/s, fino alla medio-bassa termosfera: entrando in contrasto con i forti venti ionosferici che possono scorrere a oltre 300 km/h, formano a loro volta lo strato Es, essenziale per chi pratica la radio amatoriale.

Scolari

9th October 2009, 12:56

Osservando la circolazione atmosferica che si manifesta sopra i 60 km di altezza, sovente si fa riferimento a due tipologie differenti di correnti.
Si riscontrano infatti le correnti neutre: in questo caso le molecole allo stato neutro dell’aria, sono influenzate da fattori termici.
Inoltre si riscontrano delle correnti eletriche: in questo caso le molecole dell’aria che si trovano allo stato ionizzato, sono influenzate da fattori elettromagnetici.
Tutto questo innesca due sistemi di correnti complesse e distinte tra loro.
Più si sale con l’altezza, più la concentrazione ionica dell’aria aumenta, questo per il fatto che l’aria a queste altezze è più soggetta alle radiazioni ionizzati (UV) di natura, sia cosmica che solare.
Da sottolineare che a tali altezze l’aria è estremamente rarefatta e dunque le molecole dell’aria sono libere di spostarsi molto più velocemente, di conseguenza la temperatura cinetica (temperatura con il quale si spostano le molecole) diviene gradualmente più elevate all’nterno della troposfera, ossia a partire dai 90 km di altezza, fino a raggiungere i circa +700°C a circa 800 km di altezza.

Ma andiamo con ordine:
Con il termine ionosfera si intende convenzionalmente la regione dell’alta atmosfera che si estende da 50 a 1000 km circa sopra la superficie terrestre in cui la densita’ di elettroni e ioni liberi raggiunge valori fisicamente rilevanti tali da influenzare sensibilmente l’indice di rifrazione nei riguardi delle radioonde (3kHz-30MHz). Tale ionizzazione, che e’ piu’ bassa negli strati ionosferici inferiori e cresce negli strati più alti, e’ prodotta principalmente dalle radiazioni UV e, in misura minore, dai raggi X provenienti dal Sole ed in effetti, a causa della rotazione terrestre, segue un andamento diurno edè massima a mezzogiorno.
Riguardo il processo di ionizzazione oltre al Sole, che fornisce il massimo contributo, bisogna considerare anche i raggi cosmici che, seppur in minima parte, sono causa anche loro della presenza di elettroni e ioni liberi nell’atmosfera; inoltre variazioni piu’ o meno importanti nella distribuzione della ionizzazione sono prodotte da qualsiasi tipo di fenomeno di trasporto e di propagazione ondosa che caratterizza l’atmosfera stessa. Ed e’ proprio a causa della sua estrema sensibilita’ nei confronti di fenomeni atmosferici di vario tipo che la ionosfera puo’ essere utilizzata come un sensibile indicatore di variazioni atmosferiche. La figura 1 mostra il tipico profilo di densita’ elettronica notturno e diurno che caratterizza la ionosfera. Osservando tale profilo si distinguono diverse regioni ionosferiche con densita’ elettronica crescente, identificate convenzionalmente dalle lettere D, E, F1 e F2. L’esistenza di diverse regioni ionosferiche, ognuna caratterizzata da un determinato massimo di densita’ elettronica, e’ dovuta al fatto che la densita’ degli atomi che possono essere fotoionizzati decresce con l’altitudine, mentre l’intensita’ della radiazione solare cresce; questi due effetti opposti producono uno strato di elettroni con un massimo ad una certa altezza e dato che la composizione atmosferica varia con la quota, e differente e’ la risposta delle diverse specie atomiche alle radiazioni solari, la densita’ elettronica presenta un andamento con la quota caratterizzato da massimi e minimi relativi che identificano diverse regioni ionosferiche. Il grado di ionizzazione alle varie altezze cambia in misura considerevole con il ciclo d’attivita’ solare, con il tempo (variazione diurna e stagionale), con la localita’ geografica (medie latitudini, zone polari e equatoriali), con le condizioni geomagnetiche e in concomitanza di alcuni disturbi solari, geomagnetici e atmosferici.

Regione D:
La regione D si estende da circa 40 a 90 km sopra la superficie terrestre. In condizioni di quiete questo strato e’ presente solo di giorno mentre in concomitanza con elettroni e protoni ad alta energia provenienti dal Sole, associabili a disturbi di natura geomagnetica, addizionali strati D di ionizzazione possono essere prodotti in qualsiasi momento del giorno e della notte. La ionizzazione di questo strato e’ comunque molto bassa ed in effetti le onde radio HF non vengono riflesse dallo strato D che e’ principalmente responsabile dell’assorbimento, maggiore durante il giorno e minimo di notte. Infatti gli elettroni posti in movimento dal campo elettrico dell’onda che si propaga collidono con le molecole neutre presenti in grande concentrazione, sottraendo così energia all’onda che si propaga. Le osservazioni e la teoria dimostrano che al crescere della frequenza diminuisce l’assorbimento sofferto dall’onda radio. Pertanto maggiore e’ la frequenza, minore

Regione E:
La regione E si estende da 90 a 140 km circa sopra la superficie terrestre. Come lo strato D anche lo strato E segue un tipico andamento diurno con un massimo in corrispondenza del mezzogiorno locale. In condizioni di quiete e’ pero’ possibile, al contrario di quanto accade per lo strato D, avere un residuo di ionizzazione durante le ore notturne. Tale strato presenta diverse irregolarità come delle formazioni sporadiche (indicate con le lettere Es), che alle medie latitudini si presentano con occorrenza maggiore nelle ore notturne e nei mesi estivi, e uno strato chiamato E2. In questa regione gli ioni sono principalmente O2+.

Regione Es:
È uno strato sporadico, che compare talvolta alla quota di 100 km, per brevi intervalli di tempo (da pochi minuti a qualche ora). È caratterizzato da nubi elettroniche di forma lamellare e piccolo spessore (2 km circa), fortemente ionizzate, in grado di supportare la propagazione fino a 20 MHz. Attualmente si stanno studiando diverse cause che potrebbero concorrere alla formazione dello strato Es; per esempio, il calore prodotto dalla disintegrazione di sciami meteorici che entrano nell’atmosfera può creare delle scie di intensa ionizzazione, interpretabili come strati Es.

Regione F:
Dal punto di vista delle comunicazioni HF la regione F è la più importante della ionosfera, poichè in essa si raggiungono le massime concentrazioni di densità elettronica. Durante il giorno vi possono essere due strati separati, lo strato F1 e lo strato F2, che di notte comunque si fondono in un unico strato F usualmente denominato strato F2. Lo strato F1, solo diurno, e’ il più basso e si estende da circa 140 a 240 km. Lo strato F2, il cui massimo di densita’ elettronica e’ minimo durante le ore notturne, si estende da circa 245 a 400 km ed e’ presente nell’arco delle 24 ore. Nella parte bassa della regione F gli ioni sono principalmente NO+ mentre nella parte alta sono principalmente O+.

Un’onda radio che raggiunge la ionosfera forza gli elettroni liberi ad oscillare alla stessa frequenza del suo campo elettrico. Se l’energia di oscillazione non viene persa per ricombinazione (cioè se la frequenza di ricombinazione è minore della frequenza dell’onda), gli elettroni cesseranno di oscillare reirradiando l’onda verso terra. Maggiore è la frequenza dell’onda incidente, maggiore sarà il numero di cariche libere necessarie per reirradiare l’onda. Nel caso non ci siano abbastanza cariche pronte ad oscillare, la riflessione totale (e quindi la propagazione ionosferica) non può avvenire.

Descrizione dettagliata degli strati ionosferici tratta da: Wikipedia