Contenido total de electrones

El contenido total de electrones ( TEC ) es una cantidad descriptiva importante para la ionosfera de la Tierra. El TEC es el número total de electrones integrados entre dos puntos, a lo largo de un tubo de un metro cuadrado de sección transversal , es decir, la densidad numérica columnar de electrones . A menudo se informa en múltiplos de la llamada unidad TEC , definida como TECU=10 ¹⁶ el/m ² ≈1,66 × 10 ⁻⁸  mol ⋅m ⁻² . ^[1]

La TEC es importante para determinar la centelleo y los retrasos de grupo y fase de una onda de radio a través de un medio. La TEC ionosférica se caracteriza por la observación de los retrasos de fase de la portadora de las señales de radio recibidas transmitidas desde satélites ubicados por encima de la ionosfera, a menudo utilizando satélites del Sistema de Posicionamiento Global . La TEC se ve fuertemente afectada por la actividad solar .

La TEC depende de la trayectoria. Por definición, se puede calcular integrando a lo largo de la trayectoria ds a través de la ionosfera con la densidad electrónica dependiente de la ubicación n _e (s) :

TEC =${\displaystyle \int n_{e}(s)\,ds}$

El TEC vertical ( VTEC ) se determina mediante la integración de la densidad electrónica en una ruta perpendicular al suelo, el TEC inclinado ( STEC ) se obtiene mediante la integración sobre cualquier ruta recta.

En primer orden, el efecto de propagación de radio ionosférica es proporcional a TEC e inversamente proporcional a la frecuencia de radio f . El retardo de fase ionosférica en comparación con la propagación en el vacío es: ^{[2] : ecuación (9.41)}

${\displaystyle \tau _{p}^{\mathrm {iono} }=-\kappa {\frac {\mathrm {TEC} }{f^{2}}}}$

mientras que el retardo del grupo ionosférico tiene la misma magnitud pero signo opuesto:

${\displaystyle \tau _{g}^{\mathrm {iono} }=-\tau _{p}^{\mathrm {iono} }}$

El retardo ionosférico se expresa normalmente en unidades de longitud (metros), suponiendo una duración del retardo (en segundos) multiplicada por la velocidad de la luz en el vacío (en m/s). La constante de proporcionalidad κ se lee: ^{[2] : eq.(9.21), (9.20), (9.19), (9.14)  [3]}

${\displaystyle \kappa ={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {q^{2}}{2\pi m_{e}}}={\frac {c ^{2}r_{e}}{2\pi }}}$

donde q , m _e , r _e son la carga , la masa y el radio del electrón , respectivamente; c es la velocidad de la luz en el vacío y ϵ ₀ es la permitividad del vacío . El valor de la constante es aproximadamente κ ≈ 40,308193 m ³ ·s ⁻² ; ^{[4] [5]} las unidades se pueden expresar de forma equivalente como m·m ² ·Hz ² para resaltar la cancelación involucrada en la obtención de retrasos τ en metros, dado f en Hz y TEC en m ⁻² .

Los valores típicos diurnos de TEC se expresan en una escala de 0 a 100 unidades de TEC. Sin embargo, también se pueden extraer variaciones muy pequeñas de 0,1 a 0,5 unidades de TEC suponiendo sesgos de observación relativamente constantes . ^[6] Estas pequeñas variaciones de TEC están relacionadas con perturbaciones ionosféricas viajeras de escala media (MSTID, por sus siglas en inglés). ^[7] Estas perturbaciones ionosféricas son generadas principalmente por ondas de gravedad que se propagan hacia arriba desde la atmósfera inferior . ^[8]