A maioria dos processos de ionização gasosa necessita mudanças de nível de energia de
a
. Então qual regiāo do espectro eletromagnético do Sol é a principal responsável por criar a ionosfera na atmosfera terrestre?
Passo 1
O enunciado dá que a maioria dos processos de ionização gasosa necessita de variações de energia entre
e
. A pergunta é: qual região do espectro eletromagnético do Sol é a principal responsável por criar a ionosfera na atmosfera terrestre?
Informações dadas:
Informações dadas:
- Energia mínima:
. - Energia máxima:
.
O objetivo é identificar, usando essas energias, em que faixa de comprimentos de onda (ou região espectral) esses fótons se encontram e então dizer qual região do espectro solar é a responsável pela ionização.
Passo 2
Vamos usar a relação entre energia de um fóton e seu comprimento de onda:
onde:
-
é a energia do fóton em joules ( ), -
é a constante de Planck, , -
é a velocidade da luz no vácuo, , -
é o comprimento de onda em metros ( ).
Queremos obtera partir de , então isolamos :
Explicação didática: essa fórmula diz que fótons mais energéticos (
maior) têm comprimentos de onda menores (
menor). O produto
é uma constante com unidade
, que nos dá a escala para converter entre energia e comprimento de onda.
Passo 3
Calculo de
(produto das constantes), para usar nas divisões:
Comentário: arredondei para três algarismos significativos para manter contas simples e compatíveis com a precisão dos dados do enunciado.
Passo 4
Agora calculamos o comprimento de onda correspondente à maior energia dada (
). Usando
:
Convertendo para nanômetros (
):
Interpretação: esse comprimento de onda é extremamente curto — muito mais curto que o ultravioleta e está na faixa de raios X/raios gama muito energéticos.
Passo 5
Calculamos o comprimento de onda correspondente à menor energia dada (
):
Convertendo para nanômetros:
Interpretação:
está na faixa de raios X brandos / extremo ultravioleta muito curto (na prática esta região é considerada raio X suave; o extremo ultravioleta costuma começar em \sim 10,nm).
Passo 6
Agora posicionamos esses comprimentos de onda no espectro eletromagnético conhecido (valores típicos):
- visível:
a , - ultravioleta (UV):
a , - ultravioleta extremo (EUV):
a (às vezes definido até ), - raios X brandos (soft X-rays):
a , - raios X duros / raios gama: comprimentos de onda menores que
.
Nossos valores calculados ficam entre(muito curtíssimo) e . Isso coloca a faixa principal entre raios X (especialmente raios X brandos) e comprimentos ainda mais curtos (raios X duros/raios gama) no extremo de maior energia.
Passo 7
Física da ionosfera (explicação didática): a ionosfera é formada quando fótons do Sol têm energia suficiente para arrancar elétrons de átomos e moléculas da atmosfera. Diferentes faixas de comprimentos de onda ionizam em diferentes altitudes:
- fótons de maior energia (raios X, comprimentos de onda muito curtos) ionizam as camadas superiores (altitudes maiores), porque são absorvidos primeiro/mais alto;
- fótons um pouco menos energéticos (EUV) ionizam camadas mais baixas da ionosfera (mas ainda superiores à troposfera/estratosfera).
O Sol emite radiação em EUV e em raios X brandos que, juntos, são os principais responsáveis por manter a ionosfera ionizada durante o dia.
Passo 8
Conclusão (junção do cálculo com a física): a faixa de energias dada corresponde a fótons com comprimentos de onda da ordem de
a
, ou seja, essencialmente na região de raios X (e perto da fronteira com raios gama para os energéticos extremos). Na prática, a ionização da ionosfera terrestre é dominada pelos fótons do Sol na faixa do ultravioleta extremo (EUV) e dos raios X brandos. Esses são os componentes do espectro solar que têm energia suficiente para ionizar átomos e moléculas da alta atmosfera e são absorvidos nas camadas superiores, criando a ionosfera.
Resposta
Região do ultravioleta extremo (EUV) e raios X (especialmente raios X brandos).