EL MUNDO EN QUE VIVIMOS                                 Capitulo 1º Subcap. 3º

<> LA ATMÓSFERA TERRESTRE. CAMPO GEOMAGNÉTICO.

Índice de este Apartado:

> TROPOSFERA.
> ESTRATOSFERA.
> MESOSFERA.
> IONOSFERA.
> EXOSFERA.
> MAGNETOSFERA.


    Entre el infinito mundo de lo grande, el Universo, y el infinito mundo de lo diminuto, el átomo, está la atmósfera terrestre que nos separa y protege del espacio exterior, campo o ruta de acceso a los astros. Es en realidad la capa más liviana de la biosfera o mundo en el que vivimos o habitamos.
    La importancia de la atmósfera terrestre en relación a la astronáutica es capital por varias razones. En primer lugar, la atmósfera como envoltura gaseosa que rodea nuestro planeta, condiciona y hace posible la vida del hombre en los más fundamentales aspectos. La atmósfera suministra oxígeno para la respiración y nos mantiene en una presión adecuada así como en temperatura. Pero es que además nos protege de los letales efectos inherentes al espacio como son las radiaciones y meteoritos. Por tanto unos y otros factores adquieren su máxima importancia cuando el hombre quiere abandonar la Tierra y adentrarse en el hostil espacio. Para ello, ha de llevar consigo, si desea sobrevivir, una atmósfera portátil a pequeña escala, incluidos sus efectos protectores.
    Otros factores importantes que supone la atmósfera son los inconvenientes que plantea al ser atravesada por cuerpos a gran velocidad debido a la oposición mostrada a la misma siendo sin embargo tal velocidad precisa para el vuelo espacial.
    La atmósfera terrestre envuelve al planeta porque éste posee un campo de gravedad lo bastante poderoso como para retenerla sobre la superficie donde es por supuesto mucho más densa que en alturas. Nuestra envoltura gaseosa se halla integrada por varias capas o regiones más o menos definidas en sus fronteras y caracteres pues realmente no existen unos límites exactos. Se debe ello, en gran parte, a la rotación de la Tierra que por el efecto centrífugo permite una mayor extensión en el ecuador que en los polos, aparte de que ciertamente el diámetro ecuatorial es superior en unos kilómetros al polar. También existen otras influencias modificadoras y variables de los niveles atmosféricos como es el campo de gravedad lunar, que también por igual consecuencia configura las mareas. Tampoco existe unanimidad en delimitar e incluso denominar el número de zonas envolventes que constituyen la atmósfera. No obstante, la división más generalizada señala las siguientes:

TROPOSFERA, ESTRATOSFERA, MESOSFERA, IONOSFERA y EXOSFERA.

    Esta última incluye a la MAGNETOSFERA y se confunde en su límite superior con el espacio exterior.

    De un modo general, con independencia de la altura que incide en la composición, la atmósfera se compone en las siguientes proporciones con los porcentajes máximos que se señalan:
    Nitrógeno................................... 78,0840000 %
    Oxígeno..................................... 20,9460000 %
    Argón.......................................  0,9340000 %
    Agua (Muy variable)......................... 1‑0,001000 %
    Anhídrido carbónico (variable ligeramente)..  0,0300000 %
    Neón........................................  0,0018180 %
    Helio.......................................  0,0005240 %
    Metano (variable ligeramente)...............  0,0001500 %
    Kriptón.....................................  0,0001140 %
    Hidrógeno (variable)........................  0,0000600 %
    Ozono (muy variable)........................  0,0000400 %
    Ácido nitroso (variable ligeramente)........  0,0000350 %
    Oxido de carbono (variable).................  0,0000100 %
    Xenón.......................................  0,0000087 %
    Radón....................................... 6x10^(‑18) %

    En total, se supone una masa de aire de 5 millones de miles de Tm de las que 3/4 partes están por debajo de la altura del Everest y un 99 % en los primeros 30 Km de altura. Esta concentración de masa aérea determina las variaciones de presión o fuerza de cantidad de gas atmosférico, que actúa por unidad de superficie, a medida que ascendemos.
    La presión puede expresarse en unidades de Kg/cm^2, bares y milibares, y atmósferas. Una atmósfera es la presión correspondiente a una columna de mercurio de 1 cm^2 de sección y 760 mm de altura. Como sea que la densidad del mercurio es de 13,596 g/cm^3, equivale a 1033 g/cm^3 que es 1 bar, o 1.000 milibares. Por tanto una presión normal que es de 1013,25 milibares equivale a 765 mm de mercurio. La altura o altitud, que siempre tiene por punto cero el nivel del mar, cuando menor sea tanto mayor será la presión y viceversa. A una altura de 12 Km la presión es de 1/5 parte. Para medir la presión, además del bar y la atmósfera, se utiliza el Pascal con una equivalencia de 1 bar igual a 100.000 Pascal (Pa) y 1 atmósfera igual a 101.325 Pa.
    Las radiaciones solares que no son absorbidas o reflejadas por la atmósfera llegan al suelo dada su longitud de onda y se cuentan entre ellas, la luz visible y algunos IR y ondas de radio. Las radiaciones IR principalmente son la causa de que disfrutemos o lamentemos la temperatura sobre nuestro planeta, íntimamente relacionadas con la meteorología. El caldeamiento del aire no se efectúa cuando estos rayos penetran en la atmósfera, sino que se lleva a cabo después de que los rayos calienten la superficie terrestre. Efectivamente las radiaciones emitidas por el suelo son luego absorbidas por el vapor de agua y el anhídrido carbónico atmosféricos con lo que se aumenta la temperatura en relación a la intensidad de las radiaciones. Esta es una de las bases de la meteorología. El incremento de absorción de tal radiación determina el efecto invernadero que produce un calentamiento superior.
    Los movimientos de masas aéreas, debido a la térmica y a la humedad, tienen marcadas tendencias dinámicas. El aire caliente ecuatorial se eleva y gira hacia los polos, donde se enfría para correr por debajo de aquellas corrientes de nuevo hacia el Ecuador. Esos flujos son denominados células de Hadley y solo llegan a bajas cotas hasta las latitudes medias por efecto de la rotación terrestre; los movimientos desde aquí a los polos son corrientes que oscilan. Tales dinámicas están afectadas por diversas fuerzas, además de la rotación de la Tierra (fuerza Coriolis) que hace girar hacia la derecha en el hemisferio Norte y hacia la izquierda en el Sur las masas de aire, como las estaciones (por diferente ángulo de incidencia del Sol), la humedad oceánica y la sequedad continental, la orografía terrestre, etc. De tal modo, surge la compleja meteorología con todos los fenómenos de vientos, incluso los huracanes o tifones, las lluvias, con sus gotas frías o precipitaciones torrenciales, etc. Se ha calculado que solo en los Estados Unidos hay de continuo un total de unas 200.000 millones de Tm de agua suspendida en forma de nubes.
    Gracias a la observación de satélites artificiales y sondas la investigación solar ha pasado a formar parte de la meteorología terrestre, dada la determinante influencia de la radiación solar, incluido viento solar, notable por sus efectos, en la dinámica de la atmósfera de la Tierra. Se habla así de la meteorología espacial para establecer los niveles de influencia y pasan a ser objeto de observación regular los ciclos solares y en especial determinadas emisiones y fenómenos del astro rey, tal como las alteraciones magnéticas, bandas UV, etc. La incidencia UV en la capa de ozono, los factores eléctricos de la atmósfera superior, etc, son los primeros pasos de tal interactuación con las capas atmosféricas de menor altitud.

    > TROPOSFERA

    La troposfera fue así bautizada en razón de la raíz griega tropos, término que significa cambio, debido a las variaciones que en ella se producen, debido a las dinámicas masas de aire.
    Abarca los primeros 12 Km aproximadamente de altitud, como máximo de 14‑16 Km en el ecuador y 8‑10 de mínima en los polos.
    En ella se desarrollan todos los fenómenos meteorológicos pero no exclusivamente aunque si se encuentran aquí las principales formaciones nubosas. Cuando no hay nubes el día luce un brillante cielo azul, fruto de la dispersión de la luz solar, por su mayor cantidad de azul respecto al rojo, al atravesar la atmósfera y nos brinda esos días tan maravillosos que llamamos soleados. Tal dispersión la producen las limpias moléculas de oxígeno, nitrógeno y también el CO2.
    Los 2 primeros Km de altura son los que generalmente suponen el normal nivel de desarrollo de la vida humana. La presión es en los primeros metros de 1044 milibares; la medida estándar es de 1.013 milibares para el nivel del mar con 15ºC de temperatura y se dice que es la presión de 1 atmósfera. Sin embargo, el decrecimiento de la misma no es aquí muy constante pues está supeditado a las variaciones de temperatura del aire, siempre vehemente, que da lugar a la existencia de aire frío y aire más cálido. El último es menos denso debido a la expansión molecular por el calor y de menor presión por tanto.
    A los 5 Km de altura la presión ha disminuido lo suficiente para el hombre como para dificultar notablemente la respiración. El hombre para respirar necesita oxígeno pero no de nitrógeno que se halla como se ha visto 3,5 veces más abundante en el aire. Sin embargo, el nitrógeno juego un importante papel en razón a que reduce, al estar mezclado con el oxígeno, la presión normal de éste que es independientemente superior a la del azoe.
    A los 8 y medio Km de altura, aproximadamente el nivel del Everest, se precisa ya de botellas de oxígeno para la respiración.
    La troposfera contiene las 4/5 partes de la masa total atmosférica.
    La temperatura en la región es por término medio de unos 15 ºC con máximas y mínimas de respectivamente varias decenas de grados por encima y por debajo del nivel cero, según lugar o zona terrestre. Ahora bien, ascendiendo por ejemplo por una montaña la temperatura comienza a descender a razón de 1 ºC por cada 175 m de ascensión.
    La composición atmosférica es en la región la siguiente, señalándose elemento, volumen y peso (en %): Nitrógeno, 78 % (peso 75,4%); oxígeno, 20,9 % (23,1%); argón, 0,9 % (1,3%); y el resto, de anhídrido carbónico, vapor de agua, helio, neón, xenón, hidrógeno y kriptón, en ínfimas cantidades.
    A medida que vayamos ascendiendo la composición variará y aparecen nuevos elementos o compuestos como el vapor de sodio, radical hidroxilo, etc.
    Según estudios sobre los datos de la sonda espacial Rosetta, el xenón original de la antigua atmósfera de nuestro planeta parece que fue aportado en un 22% por los cometas que cayeron por entonces sobre el mismo, y otras cantidades por los asteroides.

    > ESTRATOSFERA

    Por encima de la troposfera se encuentra la estratosfera, separada de la anterior por una tropopausa donde la temperatura alcanza unos 60 ºC bajo cero y un máximo de 0 ºC, aunque regular o constantemente tiene sobre los -56ºC hasta los 30 Km de altitud. Aquí la presión para nosotros no tiene prácticamente efecto. Los líquidos ya no se mantienen en su estado, pasando pues al gaseoso.
    La estratosfera se extiende por encima de los 12‑15 Km y hasta alrededor de los 30‑40. A los 20 Km la presión es de solo 70 g/cm^2 y la temperatura comienza a aumentar. A unos 25 Km y hasta los 30 se encuentra una banda de unos Km de espesor que contiene ozono. Por encima de ella prácticamente el hombre sin protección está ya en las condiciones mortales cósmicas. No hay ya oxígeno, ni presión, ni temperatura, en condiciones mínimas, y además nos alcanzan los rayos cósmicos y UV.
    Los rayos cósmicos se rompen, diluyen su energía, al entrar en la atmósfera ocasionando lluvias de electrones, muones, neutrinos y fotones que colisionan a su vez también con los elementos atmosféricos. Y tales electrones, según se cree, inciden en la formación de las nubes, lo que significa que los rayos cósmicos son un factor a considerar en la meteorología.
    El ozono es oxígeno triatómico, es decir, sus moléculas poseen 3 átomos en vez de dos que es lo normal del oxígeno. El ozono se produce en las descargas eléctricas o en el caso que nos ocupa cuando los rayos UV procedentes del Sol bombardean el oxígeno del aire de apreciable y relativa densidad. Por tanto, la importancia de este ozono viene acompañada de la misión de absorber las letales radiaciones UV. Por ello, es de suma importancia el control del agujero, o zona de adelgazamiento, del ozono sobre la Antártida y también en progresión sobre el Polo Norte, según se cree causada en cierta medida por la contaminación humana de derivados de cloro.
    Según determinó la NASA en 2001, el hecho de que el agujero en la capa de ozono sea mayor sobre la Antártida que sobre el Ártico, menos frío, es debida a ondas de gran envergadura producidas en la troposfera en razón a los movimientos convectivos y a las grandes elevaciones de terreno como el Himalaya, que son más abundantes en el hemisferio norte que el sur. Estas ondas producen energía hacia la estratosfera que calienta la atmósfera favoreciendo la continuidad de la capa de ozono en el Norte. De ello se deduce que el factor térmico en la estratosfera es más importante en este punto de lo que antes se sabía.
    Mediado 2003, la NASA apuntó que el agujero en la capa de ozono venía bajando en el ritmo de crecimiento desde 1997. Es decir, aparece entonces con tendencia a la estabilización. Pero precisamente en 2003 y la primavera de 2004, tal agujero en el Hemisferio Norte registraría la mayor pérdida identificada hasta entonces debido a tormentas solares y una gran actividad en la alta atmósfera terrestre, fruto de fenómenos meteorológicos. Mediado 2016, según el MIT y la Universidad británica de Leeds, tal agujero sobre la Antártida muestra claras señales de estar empezando a cerrarse. Para entonces se achaca en parte la variación del tamaño del agujero a las erupciones volcánicas, pero la mejora se atribuye a la prohibición en el uso de los CFCs (Protocolo de Montreal de 1987). Incluso se aventura como posible que el mismo se cierre del todo hacia la mitad del Siglo XXI.
    La capa de ozono se ve afectada por el Sol, ayudando en su destrucción por efecto de las tormentas solares con su bombardeo más intenso de partículas una vez llegadas a nuestro entorno atmosférico; el resultado pasa por la ruptura de moléculas de vapor de agua y nitrógeno, dando lugar a óxidos que reaccionan con las moléculas de capa de ozono y la desgastan.
    También cabe citar, si bien no hay estudios intensos al respecto, que es posible que los lanzamientos de cohetes produzcan una reducción de la capa. En concreto, mediciones realizadas en 1996 en el disparo de dos cohetes Titán 4 mostraron una reducción destacada en tal región estratosférica de entre 4 y 8 Km de diámetro durante los 30 min posteriores al disparo.
    La composición gaseosa estratosférica es idéntica a la de la troposfera con la variante de incluir esa importante banda de ozono; hay pues nitrógeno y oxígeno moleculares, ozono, agua, argón, etc.
    En la segunda mitad del Siglo XX, el porcentaje de humedad estratosférico se incrementó hasta el 100 %. Algunos científicos achacaron el hecho al aumento de quemas vegetales en las zonas tropicales, tomando como base para ello los datos aportados por satélites, así como a la oxidación del metano. Este factor de humedad, unido al aumento del CO2, provocaría un enfriamiento en esta zona atmosférica e incidiría en la destrucción de la capa de ozono, amén de las alteraciones climáticas en el hemisferio Norte y el Ecuador. 

    > MESOSFERA

    A continuación de la estratosfera hallamos en la ascensión la región media, mesosfera, zona que comprende de los 30‑40 Km de altura aproximadamente hasta los 60‑70 (e incluso más) confundiéndose en este límite superior con la siguiente región, la ionosfera.
    La mesosfera está compuesta de la misma proporción de gases que las precedentes regiones con la salvedad de hallarse bajo una menor presión, que continua disminuyendo y es ya aquí de 10^(‑2) milibares.
    La temperatura que había aumentado por encima de la capa de ozono hasta 2ºC, ya en la mesosfera, vuelve a disminuir ahora a unos 80 ºC bajo cero para volver a crecer donde aproximadamente comienza la ionosfera.
    A veces se producen en la misma fenómenos radioeléctricos que no han sido muy explicados y también se pueden formar tenues nubes nocturnas luminiscentes.
    En el techo de esta capa, en torno a los 80 Km en los polos, pueden formarse tenues nubes de hielo, de mayor altura (un 6%) sobre el Polo Sur que sobre el Norte en el verano.

> IONOSFERA

    La ionosfera, también llamada a veces termosfera, es una de las regiones que más se estudian por los fenómenos que allí acontecen y su gran importancia en radiocomunicaciones.
    Los gases atmosféricos son allí objeto de fuerte disociación iónica por la incidencia de la radiación solar.
    Se extiende desde los 60‑70 Km de altura hasta alrededor de los 400‑640 Km (noche), e incluso 800-960 Km (día), ya en pleno espacio, puede decirse, pues sus efectos en éste último nivel por la despreciable densidad son los del espacio relativamente vacío.
    Entre los 65 y 85 Km se encuentra una franja denominada capa D formada por oxígeno y nitrógeno moleculares ionizados, y también nitrosilo, y en definitiva iones, átomos y moléculas de aire. De aquí a los 100 Km la radiación solar disocia el oxígeno que es en la zona del 33,5 %.
     La importancia de la capa está relacionada con las comunicaciones ya que refleja las ondas largas de radio, de más de 2.000 m, de día, haciendo estable su recepción.
    La capa desaparece por completo por la noche debido a que al cesar en ese período las radiaciones solares el aire se recompone parcialmente; si se hallara a mayor altura ya no sería posible tal fenómeno por la escasez de gas.
    La capa por otra parte atenúa las altas frecuencias de radio de día; y absorbe las bajas y medias.
    Entre los 90‑100 Km y los 125‑130 está la capa E que refleja las ondas medias de radio y que por la noche disminuye hasta casi desaparecer. En ella rebotan las ondas de más de 2.000 m de longitud de noche y también las de 60 a 200 m con ciertas variaciones diurnas. La alta frecuencia la permite para comunicaciones de hasta 2.500 Km de distancia.
    A los 100 Km de altura hay ya un tenebroso silencio y oscuridad, siendo la temperatura de unos 160 ºC sobre cero. Hasta en torno a esta altitud, según se confirmó en 1995 tras su primera detección algo más de un lustro atrás, se producen una especie de relámpagos que se pueden apercibir como destellos anulares de luz averdosada. Su extensión, una vez generados entre los 80 y 100 Km de altura, se prolongan por debajo hasta en 60 Km y a los lados hasta los 400 Km.
    Hasta los 120 Km se comprende prácticamente el 100 % de la atmósfera y es el límite donde puede ser apreciada visualmente aun en su más débil luminosidad y donde el azul celeste ha perdido el 100 % de su más leve tono.
    Desde el punto de vista de su composición, la atmósfera hasta los 80‑100 Km se denomina Homosfera y por encima de tal distancia separada por una homopausa está la Heterosfera.
    Entre los 160 y 180 Km finaliza en definitiva la atmósfera propiamente dicha o efectiva. A los 160 Km la presión es de 10^(‑7) milibares y la temperatura es aproximadamente de unos 600 ºC. A los 190‑200 Km la densidad es ya tan ínfima que no ofrece la resistencia que la caracteriza a más bajas alturas, al ser atravesada por cuerpos a gran velocidad.
    Es en efecto aquí, cerca de los 200 Km de altitud donde astronáuticamente (orbitalmente) comienza el espacio y para hacer sentir en tal nivel un frenado por rozamiento aéreo hay que someter al cuerpo a una gran velocidad prolongadamente (días). Entre los 150 y 200 Km la trayectoria de un cuerpo a gran velocidad, no se sostiene prolongadamente y cae con prontitud debido a rozamiento hacia la atmósfera interior. Sin embargo, puesto que aun puede permitir dar varias vueltas al planeta, siendo bastante difícil que lo haga por debajo sin caer sin ayuda de fuerza propia, es de estimar que la verdadera navegación espacial comienza en torno a los 150 Km de altitud y es la cota que razonablemente se considerará a efectos estadísticos. Se aclara, sin embargo, que la Federación Astronáutica Internacional requiere al parecer solo 90 o 100 Km de altura para conceder el título de astronauta (el autor ignora los criterios objetivos –y no los meramente jurídicos- seguidos para tal consideración).

    Entre los 150 Km y los 255 hallamos la capa F1 y alrededor de los 250‑400 Km la capa F2 que reflejan ondas cortas de radio, de 10 a 60 m, por el día la primera. Por la noche ambas capas se reducen hasta casi formar una sola; por la noche, la falta de radiación ionizante hace que los iones se recombinen para formar otra vez átomos. Estas capas son las más inestables e ionizadas de todas, pero permiten la comunicación a larga distancia.
    A veces señalan también las capas G, a unos 500‑600 Km, y H, entre 1.100 y 1.800 Km.
    A los 400 Km la presión es de unos 10^(‑22) milibares y a los 640 alcanza los   10^(‑37) milibares, prácticamente el vacío.
    Todos estos niveles de mayor concentración de las capas varían en altura con los días, épocas, meses y años.
    La composición gaseosa de la ionosfera es algo distinta a la de otras regiones. Hay menos nitrógeno y oxígeno moleculares pero existe más oxígeno, hidrógeno y nitrógeno atómicos, eso así a una despreciable presión antes indicada. Hay también algo de sodio entre los 69 y 78 Km donde la temperatura es de 33 ºC bajo cero de posible múltiple procedencia: origen cósmico, erupciones volcánicas y agua de mar.
    El principal fenómeno de la región es la ionización que da nombre a la misma y que es el fenómeno por el cual los gases atmosféricos pierden electrones al chocar con ellos las radiaciones que llegan a través del espacio. Debido a esta ionización se producen las auroras, fenómenos de colorido muy conocidos sobre todo en las regiones polares; son arcos o cortinas de color averdosado, amarillo o blanquecino, que oscilan y que aparecen en el cielo por encima de los 70º de latitud. Tales fenómenos se dejan ver en unos 2.500 Km en rededor del Polo Norte. Se creían originados en el realineamiento del campo magnético solar y terrestre tras el impacto del viento solar sobre nuestro propio campo magnético. Pero sobre las auroras y tormentas magnéticas ionosféricas, tras años de estudios de los datos de satélites, en 2006 los científicos americanos de la Universidad Johns Hopkins y de la USAF empezaron a inclinarse por un origen debido a la velocidad de interactuación de los campos magnéticos solar y terrestre en un límite o frontera de ambos en torno a los 64.000 Km de altitud, en el límite de la magnetosfera.
    A 300 Km es donde se produce la mayor ionización del nitrógeno que lo hay en un 80 %. Allí, la densidad es de unos 3x10^(‑14) g/cm^3, o sea de 3x10^(‑11) atmósferas que equivale a un millón de átomos más que el espacio interplanetario, pero que es en la práctica todo ello: nada.
    En el mismo nivel la temperatura del gas aéreo es de unos 1.200 ºC. El aumento térmico continúa hasta los 500 o 600 Km en que llega a unos 2.000 ºC. Pero tal temperatura no la poseería un cuerpo que allí estuviera porque tal escasez aérea haría muy difícil un eficiente contacto. En cambio, el cuerpo tendría otra menor, fruto de la incidencia de la radiación solar en sus partes externas. En tal ocasión la temperatura depende del cuerpo en si y podrá ser de más de 100 ºC en el mejor de los casos cuando fuera iluminado; y en la sombra sería de otros tantos grados pero bajo cero.
    La ionosfera contiene solo el 0,001 % de los gases atmosféricos. El viento solar producido por explosiones de alta energía del Sol, tal como ha puesto en evidencia el satélite Polar, puede producir en la ionosfera pérdida de su oxígeno, helio e iones de hidrógeno, que son arrastrados hacia el espacio lejano.
    Está fuertemente influenciada por los ciclos de actividad solar y en períodos de manchas solares aumenta la ionización, dando lugar sobre todo en los polos magnéticos, a tormentas.
    Todos ello configura el carácter irregular de la ionosfera que es pues objeto de variaciones, tormentas, desvanecimientos de capas, reflexiones, perturbaciones iónicas, etc.
    En 2006, gracias a las imágenes del satélite IMAGE fueron descubiertas 8 zonas de la ionosfera con una densidad casi el doble a la media de toda esta banda atmosférica; estas áreas están 6 sobre las zonas tropicales de Sudamérica, África e Indonesia, mientras que las otras 2 están sobre el Pacífico. Todas ellas son resultado de la actividad de las tormentas habituales en tales zonas a menor altitud.

    > EXOSFERA

    Aproximadamente por encima de los 600 y 700 Km donde la presión es de 10^(‑42) milibares está la exosfera que no tiene límites definidos, sobre todo en su altura máxima donde se confunde con el espacio exterior; al menos alcanza los 8.000 Km.
    La exosfera está formada por un 73 % de hidrógeno atómico, un 25 % de helio y un 2 % restante de oxígeno y nitrógeno atómicos. También hay algo de nitrógeno molecular.
    Hasta los 1.000 Km de distancia existe principalmente oxígeno atómico. Entre los 1.000 y 2.400 Km hay hidrógeno y helio y por encima de los 2.400 el principal elemento es el hidrógeno que se extiende hasta los 125.000 Km formando una corona de una densidad de 10 átomos por cm^3; más allá tal densidad disminuye notablemente.
    La densidad teórica de 10^(‑42) milibares, prácticamente inexistente, en la zona tiende a cero absoluto. Es sabido que ni siquiera el espacio exterior es vacío absoluto por lo que se justifica que el espacio comience por encima de los 200 Km aunque realmente aun hay por encima elementos muy dispersos.
    Teóricamente aunque la atmósfera concluya muchísimo más allá de los 200 Km ella y el espacio son lo mismo desde entonces, salvo la consideración de unos cinturones que constituyen el campo magnético de la Tierra donde hay radiaciones muy abundantes.
    Es pues la exosfera la zona de transición donde algunos de los escasísimos átomos y moléculas escapan al campo de gravedad del planeta, allí ya muy débil.
    En resumen, y a efectos astronáuticos, la atmósfera supone el medio de vida que debemos llevar para subsistir y un condicionamiento dinámico al oponerse a ser atravesada por cuerpos a gran velocidad, e inherentemente a ello una serie de problemas que luego serán vistos.
    Por otro lado, que también es válido para la astronomía óptica y radiotelescópica, hay que considerar su efecto de colador riguroso pues solo deja pasar determinado tipo de ondas ETM, y además dificulta incluso la observación de las que pasan; pues, por ejemplo, ¿quién no ha visto, debido a las turbulencias y masas dinámicas de aire, palpitar las estrellas en su luminosidad, substrayendo toda nitidez?

    > MAGNETOSFERA

    La exosfera incluye a la magnetosfera, región ésta que se extiende aproximadamente desde los 1.000 a los 65.000 Km básicamente de distancia de la Tierra pero que en realidad alcanza por el lado opuesto al Sol hasta más de 180.000 Km de modo efectivo y hasta los 800.000 Km de forma detectable.
    La magnetosfera es debida al campo magnético del planeta y de ahí su nombre. Tal campo es a su vez producido por el ígneo y pesado núcleo de la Tierra, compuesto de materiales magnéticos, que atrae a todas las partículas cargadas, ayudado con el efecto dinamo del giro del planeta.
    El eje magnético de la Tierra y sus polos no coinciden con los geográficos pero no se hallan muy lejos y son bastante aproximados. Los polos magnéticos no son estables y a través de los siglos van cambiando de posición. En 1965 el polo magnético Norte estaba en los 100º longitud Oeste y 70º latitud Norte, posición al Norte de Canadá, y el Polo Sur se hallaba a unos 75º Sur y 154º Este, cerca de Tierra Adelaida.
    El campo magnético formado tiene un valor por supuesto superior en los polos y menor en el Ecuador (geomagnético). El campo sobre la superficie terrestre forma también líneas imaginarias que unen niveles equivalentes. Las líneas de declinación se llaman isógonas y las de la misma inclinación isoclinas. De estas últimas la numero cero es el Ecuador geomagnético que divide en dos al campo; al Sur la zona negativa, y al Norte la positiva, como las latitudes geográficas. En tanto, las isógonas pasan por los dos polos, como las longitudes. Son objeto de estudio, aun no completado totalmente.
    El valor del campo magnético en la superficie terrestre, el que influye en una simple brújula, es de ½ Gauss.
    La magnetosfera fue descubierta por un satélite artificial, el Explorer USA de los primeros tiempos astronáuticos, y sus principales zonas reciben el nombre de cinturones Van Allen, nombre del científico que encabezara las investigaciones que demostraron la existencia de tal región. En realidad, según parece no hicieron sino confirmar las sospechas de Jakob Engster que había predicho ya antes tal existencia.
    La magnetosfera tiene principalmente 2 zonas en las que la concentración de partículas es más acusada (cinturones Van Allen) del efecto de botella magnética. La zona más interior o Cinturón A, está comprendida entre los 1.125 y 6.500 Km y tiene su máxima intensidad de partículas cargadas cerca de los 4.000 Km, entre los 3.200 y 4.800 Km. Se constituye a base de protones principalmente, pero también de electrones. Es relativamente más estable que la otra zona.
    Cuando las radiaciones solares y cósmicas de gran energía, que viajan a gran velocidad, penetran en la alta atmósfera, allí donde los gases atmosféricos comienzan a ser densos en cierto sentido, y chocan con ella, en la colisión se liberan, entre otras, partículas neutras que al no poseer carga eléctrica no dependen en sus movimientos de la influencia del campo magnético. Los neutrones producidos luego se degradan dando lugar a electrones y protones (de mayor masa éstos que los e‑). Luego, por la energía liberada en la escisión son impulsados los protones hacia lejos de la Tierra para ser atrapados después por el campo en la zona citada o cinturón inferior de radiación.
    La zona exterior, o Cinturón B, contiene también partículas eléctricas altamente cargadas. La máxima intensidad de esta zona, la mayor de las dos, se halla en los 16.000‑20.000 Km del planeta, pero por un lado por prolongación llega muchos más allá; en general, la zona va desde los 12.000 Km a los 180.000 y más. Las partículas de la misma son principalmente electrones, pero también hay protones, que provienen del viento solar, aunque tal cuestión no está totalmente investigada.
    En marzo de 2013 se informa del hallazgo de un tercer cinturón de radiación realizado por los satélites RBSP; el mismo es exterior a los otros dos y tiene carácter independiente y temporal, lo que explica que no fuera encontrado primero.
    Tras ser estudiado por la Universidad de Colorado en Boulder, se estima (2014) que a unos 11.587 Km de altitud hay una especie de anillo que a modo de escudo detiene prácticamente todos los electrones de alta energía que nos llegan procedentes del Sol, principalmente de las tormentas solares, y de otras estrellas. Con la sorpresa inicial de los geofísicos se desconoce el mecanismo o fundamento por el que actúa tal envoltura.
    La región, que sufre ciertas fluctuaciones, acusa en las zonas más densas, en las registradoras de los satélites Explorer que lo estudiaron, impulsos de más de 10.000 por segundo, o sea 16.000 partículas por cm^2 y por segundo, y menos de unos 25.000. Tales fluctuaciones permiten a los cinturones adquirir diversas formas e influyen en ello la baja o alta energía de sus electrones.
    El primer cinturón posee electrones de una energía de más de 600 KeV como máximo, sobre 10^7 (cm^2)/seg, y hay protones de más de 40 MeV sobre 2x10^4 (cm^2)/seg de intensidad. El segundo cinturón registra una energía para electrones de 40 KeV e intensidad de 10^11 (cm^2)/seg, electrones de más de 200 KeV e intensidad de 10^8 (cm^2)/seg, y protones de 60 MeV de energía y unos 10^2 (cm^2)/seg. Entre la zona exterior y la interior existe una pausa de poca intensidad.
    En 2013 se indica (Laboratorio de Los Alamos y datos de satélites) que en las zonas de más alta energía de los cinturones y donde se aceleran las partículas, tal aceleración alcanza el 99% de la velocidad de la luz, dando lugar a un comportamiento de las partículas como el alcanzado en los aceleradores de partículas de los laboratorios científicos. De tal modo se ha dicho que hay allí, en los cinturones un “acelerador natural de partículas”.
    La magnetosfera alcanza una altura de 65.000‑70.000 Km por el lado de la Tierra que está expuesto constantemente al Sol, o sea, por la zona de día. Allí, a tal distancia, el viento solar choca y aplasta a la magnetosfera. Luego, el choque disminuye en intensidad sobre las partes semiiluminadas (amanecer y anochecer).
    Cuando llegan las tormentas de viento solar, éste puede aplastar el campo hasta los 30.000 Km a la vez que provocan destacadas fluctuaciones en todo el campo ocasionando perturbaciones ETM que nos afectan y no solo en los receptores de radio sino en otras cuestiones por lo que es un tema muy a tomar en consideración para su estudio.
    Sobre el lado oscuro se forma una cola magnetosférica que se prolonga muchos más allá de cientos de miles de Km, superando sobradamente la distancia a la Luna, e incluso más allá de la de Marte. De esa cola, seccionada imaginariamente distinguimos en su parte central, o canal central, una fibra neutra de plasma envuelta en otro tubo de plasma, y más exteriormente una magnetopausa con un diámetro total de también muchos miles de Km y densidad solo apreciada desde luego por aparatos muy sensibles.
    La magnetopausa enlaza ya con el campo magnético interplanetario que también lo hay allí.
    Puesto que por el lado oscuro del planeta la magnetosfera se extiende en un campo dentro del cual cruza regularmente la Luna, a efectos de la navegación espacial, en nuestro satélite los astronautas pueden tener la relativa protección de nuestro campo magnético durante parte del ciclo orbital lunar. Es decir, cuando la Luna cruza en su órbita la parte del lado nocturno de la Tierra, cosa que supone un cuarto de su recorrido (una semana, pues), está bajo la influencia del campo magnético terrestre que desvía algunas de las radiaciones.
    En resumen, los cinturones de radiación forman pues un anillo de plasma que no cubre los polos y que gira con la Tierra en su mismo sentido. En general, la esfera de plasma en que se hallan los cinturones se compone en un 99 % de iones de hidrógeno y en un 0,99 % de iones de helio, siendo el resto iones de oxígeno.
    El resto de la magnetosfera parte de los polos siempre en sentido opuesto al Sol, con el nacimiento de sendas colas que se llegan a mezclar por el lado oscuro con la esfera de plasma antes citada, prolongándose luego en muchos miles de Km, constituyendo la mencionada cola. Sus corrientes se mueven en sentido opuesto y en rotación cada una de las colas menores (originadas en los polos) sobre su longitud y en oposición asimismo.
    La extensión del anillo de cinturones sobre la Tierra llega sobre los 70 latitud Norte y otros tantos Sur en el lado iluminado, y sobre los 75 en el oscuro. Es decir, como se ha hecho constar, no cubre las áreas polares de las que si parten las dos colas hacia el lado oscuro.
    Las partículas cargadas que entran en el campo, procedentes como se señala del Sol, permanecen, indefinidamente en principio, siguiendo las líneas de fuerza del campo, yendo y viniendo en los cinturones de un polo a otro, trazando espirales que recorren en 2 o 3 segundos. Todo ello desde luego sobre determinadas alturas.
    Las partículas que entran en el campo por los polos o latitudes cercanas a éstos, no suelen quedar atrapadas y penetran en la alta atmósfera dirigiéndose a los polos magnéticos. Debido a ello se pueden producir en la ionosfera las auroras polares. Tales fenómenos son una especie de cortinas con pliegues flameantes de distinto colorido, verdirrojo y amarillento de distintos tonos generalmente, pero también de tonos más rojizos que se observan sobre alturas de unos 80‑100 Km y a veces hasta 1.000 Km. Son de duración variable, de horas a días. Cada 11 años, en los períodos de intensa actividad solar, se manifiestan más fácilmente unas 30 horas después de la erupción solar.
    Cuando en las zonas superiores magnetosféricas se ocasiona una saturación de partículas, algunas de éstas caen también sobre la alta atmósfera produciendo asimismo auroras, boreales o australes. Otros fenómenos que del campo se derivan son las tormentas geomagnéticas, la luminosidad atmosférica y el caldeamiento aéreo.
    Debido a las absorciones de radiación ETM, la atmósfera como se hizo constar juega un papel determinante en el paso de ondas de telecomunicación (y su reflexión); deja pasar solo algunas, desde fuera a dentro o viceversa, suponiendo un inconveniente para el estudio de ciertas ondas de radio interesantes procedentes de cuerpos celestes lejanos, pero permitiendo las radiocomunicaciones dentro del planeta a grandes distancias al reflejar ciertas ondas en ciertas capas ya mencionadas. Naturalmente las ondas de radio de libre ascenso al espacio y del espacio, son punto fundamental en las comunicaciones astronáuticas.
    Casi todas las perturbaciones que aparecen en la radiodifusión en forma de ruidos más o menos armónicos, de amplia gama, se originan generalmente en la parte superior de la atmósfera, y también en las tormentas con descarga eléctrica.
    Las emisiones del plasma son objeto de intenso estudio. Se sabe que los anillos y las auroras producen emisiones de períodos de onda de 0,2 a 10 segundos. Las zonas iluminadas de la magnetosfera emiten entre 10 y 50 segundos de período.
    En 2003, por datos de satélites (IMAGE y los Cluster) se comprobó algo ya sabido pero no en detalle: que el campo tiene a veces grandes aberturas que duran horas y por las que el viento solar penetra en profundidad causando tormentas singulares en la alta atmósfera. 
   También por entonces se esclarecían un poco los movimientos de los polos magnéticos, sus inestabilidades e inversiones del campo. Tales movimientos se estimaron en el Siglo XX en el Polo Norte en desplazamientos de 10 Km al año, pero llegando hasta los 40 Km a finales de tal siglo. En cuanto a la completa inversión de la polaridad, se creía que la última vez que ocurrió fue hace 780.000 años, siendo su ciclo regular desconocido. Pero en 2012 se determina que hace unos 41.000 años se produjo una inversión completa de tal campo en tan solo unos 250 años, período geológico brevísimo; en tal época parece ser que el campo magnético fue muy débil con tan solo un 5% del actual. 
    Con ayuda de los satélites SWARM de la ESA, en 2017 se confirma la existencia de chorros de plasma a velocidades supersónicas que puede elevar la temperatura a cerca de los 10.000ºC en la alta atmósfera. Son movidos por corrientes eléctricas de hasta 1 terawatio impulsadas por el viento solar a través de la ionosfera y las mismas fueron en su día postuladas y llamadas corrientes de Birkeland. También son responsables en gran medida de las auroras en los polos. Los satélites establecieron que las corrientes citadas son más fuertes en el hemisferio Norte y varían según estaciones.

    Más allá de la magnetosfera continua el espacio exterior, relativamente vacío ya que contiene polvo cósmico más o menos abundante que también absorbe parte de la radiación que lo atraviesa.

    Las radiaciones llegan a través del espacio, la mayoría procedentes del Sol pero asimismo recibimos otras de las estrellas y planetas con sus satélites; por reflexión de las solares generalmente las de estos últimos. Pero no todas las radiaciones que surcan el espacio llegan al suelo terrestre. La atmósfera absorbe parte de ellas, especialmente las más peligrosas y energéticas, lo cual supone como contrapartida que no las podemos estudiar desde el suelo y de ahí el interés de muchos de los satélites, que las captan fuera de la atmósfera. Las radiaciones que pasan a través de la atmósfera se dice que utilizan las ventanas astronómicas y son las relativas a la luz visible, una parte de la radiación IR y algunas de las bandas de radioondas.
    Como en su momento se indicó, además de las radiaciones recordemos que llegan por el espacio también los meteoritos, o sea cuerpos físicos materiales.

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