Fondo

La ionosfera es la capa límite entre la atmósfera neutra de la Tierra y el gas ionizado y magnetizado que la rodea llamado magnetosfera (técnicamente, la ionosfera es parte de la termosfera de la Tierra ). A bajas altitudes, las interacciones carga-neutro pueden desempeñar un papel dominante e incluso controlar la dinámica del gas (p. ej., los vientos neutros pueden empujar partículas cargadas afectando las comunicaciones por radio en algunos casos). A mayores altitudes (p. ej., capa F y superiores), el gas comienza a comportarse más como un gas cuasi-neutral que exhibe un comportamiento colectivo basado en fuerzas de largo alcance, llamado plasma .

Aunque debo señalar que incluso en altitudes más bajas, el gas también se puede caracterizar como un plasma. La distinción resulta en gran medida de la región donde las ondas de radio se ven afectadas por las variaciones en la densidad de electrones libres, que determinan la frecuencia del plasma local ($\omega_{pe}^{2} = \tfrac{n_{e} \ e^{2}}{\varepsilon_{o} \ m_{e}}$).

recombinación

La tasa de recombinación volumétrica se define como (para un plasma de electrones y protones):

El coeficiente de velocidad de recombinación depende de la temperatura aproximadamente como$\alpha \propto T^{-1/2}$, por lo tanto, a temperaturas más altas, la velocidad disminuye. El tiempo de recombinación (duración necesaria para neutralizar un plasma en un volumen dado) depende inversamente de la densidad de electrones libres y$\alpha$, o$t_{rec} \approx \left( n_{e} \ \alpha \right)^{-1} \sim \sqrt{ \tfrac{T}{n_{e}^{2}} }$.

El estado de ionización total del gas se define generalmente por la ecuación de Saha .

Entonces, quería saber por qué la tasa de recombinación en la capa F2 es muy baja.

Esto se debe al aumento de la densidad y la temperatura, lo que provoca$t_{rec} \sim \sqrt{ \tfrac{T}{n_{e}^{2}} }$aumentar Es decir, el tiempo necesario para neutralizar el gas es mucho mayor en esta región debido al aumento de la densidad y la temperatura. También está el problema de que hay menos iones pesados ​​(p. ej., oxígeno), lo que reduce la tasa de ionización total.

Ejemplos interesantes

Una esfera de Strömgren describe el límite entre el gas mayoritariamente neutro y el mayoritariamente ionizado. En otras palabras, es un límite definido en la profundidad óptica del medio a la radiación ionizante.