tormenta ionosférica

La fase positiva de una tormenta ionosférica dura aproximadamente las primeras 24 horas. En esta fase, la densidad electrónica en la ionosfera, particularmente en las capas de mayor altitud como F1 y F2, aumenta. La ionización en la fase positiva es menos evidente debido al aumento de la densidad electrónica. ^{[ 13 ]} Las tormentas ionosféricas en fase positiva tienen una mayor duración y son más frecuentes en invierno. ^{[ 13 ]} Durante la fase positiva de grandes tormentas ionosféricas, la altitud de la región F de la ionosfera aumenta, lo que da como resultado una anomalía de plasma masiva en forma de lengua que se extiende en dirección opuesta al Sol sobre el polo geomagnético , la cual puede ser observada por radares terrestres, ^{[ 14 ]} así como por satélites y el sistema GPS . ^{[ 15 ]} Incluso para las tormentas geomagnéticas más grandes , como la supertormenta del 20 de noviembre de 2003, los modelos modernos de circulación general pueden simular anomalías ionosféricas positivas. ^{[ 16 ]}

La fase negativa de una tormenta ionosférica se produce inmediatamente después de la fase positiva de la tormenta y dura de uno a dos días después de que la densidad electrónica de la fase positiva disminuya a "por debajo de su nivel de referencia de tiempo tranquilo". ^{[ 13 ]} Las fases negativas disminuyen la densidad electrónica de la tormenta. También se extienden durante periodos más prolongados y aparecen con mayor frecuencia durante el verano. ^{[ 13 ]}

La fase de recuperación de la tormenta ionosférica ocurre después de que finaliza la fase negativa y neutraliza la densidad electrónica. Se puede utilizar una escala de tiempo de 12 horas a 1 día, de acuerdo con el Modelo de Circulación General de la Termosfera -Ionosfera (TIGCM), para calcular el momento preciso de la reestabilización de la densidad electrónica después de la tormenta. ^{[ 17 ]}

La región F es la capa más alta de la ionosfera y la atmósfera interna, alrededor de 200 km sobre la superficie terrestre y abarcando alrededor de 300 km en altitud total de la capa. La región F2 de la región F (capa atmosférica interna de mayor altitud) se verá afectada por la disminución de la frecuencia crítica y la frecuencia máxima utilizable , que es necesaria para la comunicación por radio de alta frecuencia. ^{[ 12 ]} La región F se ve afectada por la fricción del viento solar en los límites ionosféricos que causa movimiento magnetosférico que puede infiltrarse en la ionosfera o salir de ella, creando perturbaciones que aumentan y disminuyen el TEC y la densidad electrónica. ^{[ 18 ]} Durante las tormentas ionosféricas, es más común que ocurran aumentos y disminuciones "anómalos" del TEC y la densidad electrónica en la capa F2. ^{[ 19 ]} La densidad de ionización también se ve afectada en la región F, disminuyendo a medida que aumenta la altura, ^{[ 20 ]} y a medida que aumenta la densidad de ionización, los átomos pierden electrones y, por lo tanto, las altitudes más bajas pierden densidad electrónica. ^{[ 21 ]} Las capas inferiores de la región F, como la capa F1, tienen mayores cantidades de ionización y menor densidad electrónica. Los aumentos drásticos en la altitud de la región F, que explican los aumentos en el TEC y la densidad electrónica , también se han reproducido mediante modelado numérico. ^{[ 22 ]}

La región E es la capa media de la ionosfera, aproximadamente a 100 km sobre la superficie terrestre, extendiéndose hasta unos 100 km de altura. Los efectos en la región E se asocian principalmente con las altas latitudes de la capa, donde ocurren perturbaciones geomagnéticas más severas. La ionización en esta capa se deriva predominantemente de la precipitación de partículas en las auroras. ^{[ 23 ]} Debido a su menor latitud, hay una mayor densidad de ionización en comparación con la de la región F, y menor densidad electrónica. El aumento de la conductividad de las corrientes es causado por los campos eléctricos de convección de la magnetosfera que recorren las líneas del campo magnético en la región E. ^{[ 23 ]} El aumento de la conductividad también se debe a los efectos de la tormenta ionosférica. También hay una maximización en la región E de la transferencia de energía del plasma a las partículas neutras , lo que promueve el "calentamiento por fricción" y se utiliza como fuente de calor para la termosfera. ^{[ 23 ]}

La región D es la capa más baja de la ionosfera, aproximadamente a 60 km sobre la superficie terrestre y su altitud abarca alrededor de 30–40 km. La parte superior de la región D está alrededor de 90–100 km sobre la superficie terrestre. Cuando ocurren tormentas ionosféricas, se produce una ionización aumentada de los electrones que ocurre en la región D y causa una disminución en la asimetría día-noche (profundidad DLPT ). ^{[ 24 ]} La profundidad DLPT se calcula restando la tasa diurna promedio de la tasa nocturna promedio y dividiendo el resultado por el promedio de las tasas. ^{[ 25 ]} La profundidad DLPT disminuye a medida que Ap aumenta en la capa D.

En caso de tormenta ionosférica, pueden producirse fuertes perturbaciones en las telecomunicaciones, donde en altitudes medias y altas, ^{[ 26 ]} las radiocomunicaciones se consideran "ineficaces". ^{[ 26 ]} Esto se debe a que las ondas de radio se encuentran en la ionosfera, donde el aumento repentino del viento solar y los electrones energizados interfieren. Los impactos de las perturbaciones relacionadas con las radiocomunicaciones pueden incluir cortes temporales de señal en tecnologías basadas en ondas de radio, como televisores, radios y teléfonos inalámbricos. ^{[ 27 ]} Los impactos globales varían, incluyendo el perjuicio a la radiodifusión digital y la visualización de información a través de tecnologías de radiocomunicación, lo que puede eliminar temporalmente el uso de ciertas tecnologías.

Los pasajeros y la tripulación de las aeronaves reciben una dosis de radiación más alta durante una tormenta ionosférica, en comparación con las personas a nivel del mar. Las altitudes de vuelo suelen ser de 10 km o más, por lo que cuando ocurre una tormenta ionosférica durante el vuelo, las personas en el avión potencialmente tendrán una probabilidad aproximada del 0,1 % de desarrollar un cáncer letal a lo largo de su vida. El avión, cuando vuela a una altitud de 10 km o más, tendrá alrededor de 300 veces más exposición a la radiación ionizante que a nivel del mar. ^{[ 28 ]} Las partículas energizadas producidas por la tormenta ionosférica también pueden potencialmente causar daños e interrumpir los circuitos microelectrónicos debido a errores de evento único (SEE), cuando las partículas energizadas se interconectan con el dispositivo semiconductor y causan fallas en el sistema. ^{[ 28 ]} El cortocircuito del equipo eléctrico de la aeronave puede ser una distracción para la tripulación, lo que puede ser un peligro para la seguridad.

Las células solares de los satélites pueden resultar dañadas o destruidas durante las tormentas ionosféricas, lo que puede dificultar la transmisión de señales.

Los vientos solares dirigidos hacia la Tierra ^{[ 29 ]} y la radiación excesiva que producen tienen un efecto limitado en el clima. La radiación emitida por el viento solar solo alcanza las capas más altas de la atmósfera terrestre, incluida la ionosfera. Sin embargo, existen informes de un posible impacto en las capas inferiores de la atmósfera. Se ha registrado que el aumento del viento solar durante marzo de 2012 en Estados Unidos coincidió con las olas de calor que ocurrieron en ese momento. ^{[ 30 ]} También se ha informado de una conexión estadística entre la ocurrencia de fuertes inundaciones y tormentas ionosféricas causadas por corrientes de viento solar de alta velocidad (HSS). Se sugiere que la mayor deposición de energía en la ionosfera auroral durante las HSS genera ondas de gravedad atmosféricas que se propagan hacia abajo . Las ondas de gravedad excitadas alcanzan la atmósfera inferior, desencadenando una inestabilidad en la troposfera y provocando lluvias excesivas. ^{[ 31 ]}

Debido a las perturbaciones de las señales en la ionosfera causadas por las tormentas ionosféricas, los sistemas GPS se ven drásticamente afectados. A finales del siglo XX y durante el siglo XXI, las señales GPS se incorporaron a diversos teléfonos, por lo que su uso se ha generalizado considerablemente desde su lanzamiento. Se trata de una tecnología fundamental que se ve afectada casi por completo, ya que su función es mostrar direcciones, lo que puede impedir que las personas puedan orientarse. Los equipos de navegación direccional, como los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS), también se utilizan en aeronaves. Este sistema puede verse comprometido por los daños causados ​​por la radiación en los satélites y las células solares, todos ellos necesarios para el funcionamiento del sistema de navegación. Cuando una aeronave pierde el acceso al GNSS en caso de una tormenta ionosférica, existen procedimientos de respaldo disponibles. ^{[ 28 ]}