Divisão da Atmosférica.

Segundo Kelley, M. C, and Heelis, ("The Earth's Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics",1989), existe uma divisão em camadas ou regiões da atmosfera segundo suas propriedades físico-químicas e iônicas:

Troposfera (0 - 7/17 km);

Tropopausa, situada a uma altura média em torno de 17km;

Estratosfera fica situada entre 7 e 17 até 50 km;

Estratopausa, (É próximo à estratopausa que a maior parte do ozônio da atmosfera se situa,  em torno de 22 Km);

Mesosfera, entre 50 a 85 km (É na mesosfera que ocorre o fenômeno da aeroluminescência das emissões da hidroxila); 

Mesopausa, onde predomina a difusão molecular;

Termosfera, entre 80/85 Km até mais de 640 Km.

Divisão iônica

A Ionosfera está sujeita a variações geográficas, temporais e à dinâmica terrestre e celeste. Exerce um efeito sobre as características de propagação das ondas eletromagnéticas abaixo de si e no próprio meio, está sujeita também às variações ocasionadas pelas anomalias geomagnéticas à exemplo das anomalias Equatorial e do Atlântico Sul.A composição iônica, é determinada pelas influências das radiações e partículas solares e cósmicas energéticas incidentes. Levando-se em conta a distribuição e densidade iônica, a atmosfera é dividida por camadas (Ou regiões). Se distribui desde a mesosfera até termosfera, aproximadamente 550 km de altitude, suas separações são determinadas segundo a natureza físico química e densidade iônica:

Camada D: A mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km;

Camada E, acima da camada D, embaixo das camadas F1 e F2, altitude média é entre  80 e 100-140km. Semelhante à camada D;

Camada E Esporádica, fica mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si;

Camada F1, está acima da camada E, embaixo da camada F2 ~100-140 até ~200 Km. Existe durante os horários diurnos;

Camada F2, a mais alta das camadas, está entre os 200 e 400km.

Natureza da ionosfera.

A ionosfera refrata, reflete e espalha os mais diversos comprimentos de ondas. Desta forma, permite a transmissão de radiofreqüência ao longo de trajetos que não seriam possíveis de forma direta. Ao mesmo tempo em que ocorrem os efeitos de propagação em determinados comprimentos de onda, também podem ocorrer efeitos de blindagem nas mais diversas freqüências.

Ciclos Solares

O comportamento da ionosfera é inconstante e imprevisível em curtos espaços de tempo, porém, obedece a ciclos que podem ser mapeados e dimensionados com razoável margem de erro

Embaixo: Gráfico que mostra a evolução solar nos últimos 400 anos

As manchas solares são os indícios visíveis de um fenômeno magnético de proporções espetaculares, pois, a partir de sua ocorrência, descargas de grande quantidade de matéria constituída de hidrogênio ionizado e hélio atingem a Terra e influem na propagação de RF em todo o planeta.

A capacidade da ionosfera em refratar, refletir e espalhar os sinais de radiofreqüência, é dependente da ressonância momentânea da camada observada e do ângulo de elevação do sinal transmitido.

A refração ionosférica é reduzida nas freqüências mais altas e para ângulos de elevação mais altos, porém, é determinante que a freqüência seja suficientemente alta. Desta forma, dependendo da camada, o sinal irradiado pode ser refratado, porém pode não retornar ao solo (Dutificação), e ao mesmo tempo, ser refletido. 

A emissão de RF pode escapar para fora da Terra quando atravessa a ionosfera em latitudes onde a densidade de elétrons é baixa (Se dá o nome de calha de Muldrew). 

Os campos magnéticos do Sol e da Terra não são constantes: distendem-se, contraem-se, evoluem ao longo do tempo.

De tempos em tempos, ocorrem perturbações solares chamadas de ''chamas'' ou ''clarões'' que são anomalias energéticas. A ocorrência dos clarões solares, em geral, se dá quando a atividade é intensa, ou quando existe um grande número de manchas solares que seguem ao ciclo de onze anos, chamado de Ciclo Solar.

Embaixo: Ciclos Solares 22 e 23.

Ao ocorrer os clarões, acontece também o trânsito de partículas mais lentas que entre vinte a quarenta horas que atingem a Terra.

Ao chegar na Ionosfera partículas produzem tempestades que resultam principalmente dos movimentos de ionização. Durante a movimentação iônica, ocorre o rearranjo das cargas e a recombinção iônica. Pois as taxas de produção de íons e de elétrons livres são dependentes da densidade do fluxo de radiação que está a penetrar na região provinda do Sol.

A densidade de fluxo incidente ou de partículas, e a eficiência da ionização, são funções do comprimento de onda de ionização (Ou da energia das partículas incidentes) e da composição físico-química da alta atmosfera. Desta forma, ocorre uma produção de elétrons por ionização do nitrogênio molecular e do oxigênio molecular em duas alitudes.

A primeira, em torno dos 170 Km, é produzida pela radiação no comprimento de onda em torno dos 20 até os 80 nm.

Mais embaixo, em torno dos 100 Km de altitude, ocorre a segunda recombinação, onde os raios-X incidentes de comprimentos de ondas inferiores a 10 nm atingem a região. Nesta altitude, também ocorre a recombinação ocasionada pela incidência da radiação ultravioleta em comprimentos de ondas próximos à 100 nm.

Havendo a produção iônica os elétrons livres tendem a se recombinar com os íons positivos livres, também tendem a se unir à moléculas neutras formando assim íons negativos.

Devida recombinação, é gerada energia eletromagnética que se irradia em todos os comprimentos de onda devida natureza da formação dos íons. Se podem destacar os aumentos de raios-X chamados ''moles'' e intensas emanações de radiação ultravioleta, ou gerados ou provindos do Sol, pois pode ocorrer a formação de janelas que facilitam a penetrância de energia eletromagnética.

As massas ionizadas tomam a forma de depressões na densidade máxima de elétrons na região F2. Existem indícios que dependendo das condições geomagnéticas as tempestades podem ser intensificadas ou atenuadas devida energia gerada ou absorvida pela recombinação.

Os clarões solares são acompanhados por imensas erupções de prótons e elétrons energéticos que se propagam pelo espaço como uma imensa nuvem de plasma acelerado que, dependendo da sua posição no disco solar e da trajetória da Terra, atingem-na.

Uma vez que o Sol gira com um período de 28 dias, removendo ou afastando uma coluna de partículas no espaço quando ele é perturbado. Há uma tendência das tempestades ionosféricas voltarem após o intervalo de tempo do giro do Sol, de 28 dias. As tempestades também podem durar vários dias e causar diferentes efeitos de absorção, aumento ou diminuição em regiões diferentes e latitudes variáveis. Estes efeitos são difíceis de prever mas fáceis de detectar, tal a magnitude que atingem.

Quando ocorre este fenômeno, há supressão de sinais de HF nas regiões polares por absorção e a comunicação é cortada completamente, a isto se dá o nome de propagação fechada.

A coluna de plasma, ao atingir o planeta, lança prótons energéticos que se retardam em relação aos elétrons, pois são mais pesados, seu trânsito pode durar de alguns minutos até diversas horas.

Ao atingir a ionosfera, as ondas de plasma atravessam as camadas superiores e atingem a camada D, ionizando-a, principalmente nas regiões polares.

Devido aumento da radiação solar, a ionosfera terrestre também começa a sofrer fortes perturbações chamadas Distúrbios Ionosféricos Solares. Estes são de curta duração mas geram grandes aumentos de absorção ionosférica em todo hemisfério iluminado pelo Sol.

Em geral, sua duração se dá de poucos minutos até horas, gerando assim, segundo Dellinger, o fenômeno do desvanecimento progressivo nos comprimentos das Ondas Curtas (HF).

Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul, (Figura à direita).

Foi visto acima que os campos magnéticos do Sol e da Terra não são constantes: distendem-se, contraem-se, evoluem ao longo do tempo. Sobre a região Sul do Brasil ocorre uma anomalia do campo magnético da Terra. A esta foi dado o nome de Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul, (South Atlantic Geomagnetic Anomaly, SAGA). Seus efeitos atingem os Cinturões de Radiação de Van Allen, fazendo-os se aproximar mais do solo nessa região. O fenômeno da ocorência do cinturão de radiação não é exclusivo somente à Terra. Foi detectado em outros planetas do sistema solar como Júpiter, Saturno, Marte e Vênus. E também reproduzível artificialmente através de explosões nucleares ou em laboratório. (Figuras embaixo à esquerda e direita respectivamente)

... ...

A ocorrência da anomalia se dá entre –90º a +40º de longitude e –50º até a linha do Equador. Portanto, a América do Sul encontra-se sob seus efeitos. A Anomalia gera Correntes Geomagneticamente Induzidas de baixa freqüência, além de criar condições anômalas na ionização da ionosfera. Entre estas, está o espelhamento de correntes elétricas ionosféricas associadas à variação nos campos geomagnéticos causadas pelas partículas energizadas que penetram na atmosfera.

O estudo das influências das anomalias geomagnéticas, comprova que estas não causam condições anômalas somente na propagação de RF. Seus efeitos ainda não são totalmente compreendidos, pois a influência magnética insere elementos de baixíssima freqüência não somente à ionosfera mas também na superfície terrestre. Esta gira em torno de 1 Hz ou menos.

Embaixo: Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul em 1978 e 2005.

Sabe-se, porém, que a ocorrência de uma anomalia gera perturbações em todos os sistemas elétricos de grande comprimento físico que se encontram na superfície da Terra. Já foi comprovado que ao ser detetado o fenômeno geomagnético e sua localização, haverá perturbações elétricas em regiões contíguas à localidade da ocorrência primária. E quanto mais próximo do epicentro, maiores os efeitos ocasionados pelas anomalias. (PINTO, L., MACEDO, L.H., DRUMMOND, M.A., SZCZUPAK, J.S., Possibilidades da influência de Fenômenos Geomagnéticos nas Perturbações Elétricas Ocorridas no SIN, Ano 2000, Relatório ENGENHO, 2004 ).

As partículas que são ejetadas do Sol para o espaço, podem mover-se na direção da Terra a uma velocidade de 450km/s, levando de poucas horas até alguns dias para chegar ao nosso planeta.

Ao atingir a ionosfera, dependendo do grau de ionização, as partículas causam as chamadas tempestades solares.

As cargas das partículas ionizadas em movimento, formam correntes elétricas de alta altitude que se fazem acompanhar de severas alterações de campo magnético terrestre na região.

As correntes iônicas de alta altitude induzem correntes-imagem na terra de baixa freqüência.

Devidas características de propagação do fenômeno e sua magnitude, os efeitos podem varrer a região que está sujeita às Correntes Induzidas Geomagneticamente, (Geomagnetical Induced Currents, GICs).

O fenômeno das correntes geomagneticamente induzidas (GICs) é conhecido nos Estados Unidos e Canadá. Sabe-se que as correntes quase contínuas induzidas com freqüências bem inferiores a 1 Hz, afetam sistemas de comunicação, operações de satélites e sistemas elétricos de potência.

As linhas de transmissão de energia elétrica de grande potência, longas e paralelas, situadas sobre rochas ígneas (originárias do manto da Terra, ricas em materiais magnéticos), podem sofrer as influências de indução com a geração de harmônicos que poderão causar disparos aleatórios nos sistemas de segurança e proteção, deflagrando assim um desligamento do sistema, por exemplo, pois este pode ''interpretar'' que a linha foi atingida por um raio de grandes proporções, o que na realidade não ocorreu.

As GICs se aproximam de um pulso de corrente contínua que se propaga pelas linhas de transmissão e inclusive através do solo. Pode ser induzida em qualquer sistema de transmissão, desde linhas telefônicas até linhas de trem.

A espessura do isolamento (Blindagem) proporcionado pelos cinturões de Van Allen é significativamente menor na região da anomalia, tornando mais fácil a penetração das partículas carregadas (Radiação ionizante e não ionizante) provindas do Espaço exterior.

A NASA, face aos danos que costumavam ocorrer em seus satélites quando passavam sobre a região Sul do Brasil, principalmente, resolveu alterar suas rotas.

A consequência imediata de uma anomalia é que, para uma dada altitude, a intensidade da radiação nessa região intensifica-se. Na região da Anomalia, o cinturão aproxima-se da Terra, reduzindo-se a espessura da camada de proteção (Blindagem).

Quando se tem a emissão de RF em baixa elevação, os raios emitidos refletem ao solo devida ionização aumentada nas latitudes mais altas, estes podem se desviar e iluminar ao mesmo tempo regiões diferentes. Podem aparecer zonas de silêncio em distâncias diferentes do ponto de emissão inicial.

Numa análise de defeitos em linhas de transmissão de energia elétrica de alta potência no Brasil, foi detectado que 96% dos casos avaliados estavam diretamente ligados às ocorrências ligadas à Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul. (PINTO, L., MACEDO, L.H., DRUMMOND, M.A., SZCZUPAK, J.S., Possibilidades da influência de Fenômenos Geomagnéticos nas Perturbações Elétricas Ocorridas no SIN, Ano 2000, Relatório ENGENHO, 2004 ).

A Ionosfera, Magnetosfera e a Troposfera

Acredita-se existir um interelacionamento entre os fenômenos físicos no meio-ambiente terrestre. O estudo da ionosfera e da magnetosfera, devida sua complexidade, deve ser incrementado. A análise da formação da ionosfera é dependente das influências ionizantes da radiação solar e das partículas cósmicas na estrutura da atmosfera terrestre.

O campo geomagnético, e a magnetosfera solar estão intimamente ligados, aquele atua diretamente nesta. A produção iônica na alta atmosfera, é dependente da densidade do fluxo de radiação incidente, das partículas aceleradas, das partículas do meio ionosférico, e da eficiência de ionização do meio no momento em que é receptor da energia provinda do Sol, do Cosmos e da influência dos campos magnéticos que interagem entre si. A eficiência de ionização é função do comprimento de onda de ionização (Ou energias das partículas), que é dependente da composição química da atmosfera e da estrutura física que a forma, além das forças e campos que se interagem. Existem duas alturas onde a produção de elétrons pela ionização de nitrogênio molecular e atômico e oxigênio molecular atinge a máximos, a 100 Km de altitude,  é devida aos raios X incidentes cujos comprimentos de onda são menores de 10 nm e à radiação ultravioleta com comprimentos de onda próximos à 100 nm, e a 170 Km, é produzida pela radiação em comprimentos de onda de 20 a 80 nm,

Morfologia e formação da Ionosfera

A partir da produção iônica, os elétrons livres tendem a recombinar-se com os íons positivos e a unir-se a moléculas neutras para formar assim íons negativos. Os elétrons também podem sair de um determinado volume por difusão ou se deslocar para longe sob as influências dos gradientes de temperatura e de pressão, das forças gravitacionais ou dos campos elétricos e magnéticos estabelecidos por ionizações próximas e seus movimentos. A densidade eletrônica em determinada altitude é dada pela equação de continuidade em termos do balanço entre os efeitos de produção e perda. As densidades  dos elétrons à noite em geral são mais baixas do que durante o dia porque as taxas de produção são reduzidas. Podemos observar facilmente a distribuição de densidades de elétrons em alturas diferentes durante o dia e a noite quando notamos as diferenças que ocorrem, em distância e qualidade de recepção das ondas de rádio. A ionização é contínua ao longo de uma ampla faixa de altitudes, porém, existem algumas regiões de altura que possuem certas particularidades. Estas são facilmente mapeadas. Appleton as denominou camadas D, E, F1 e F2. De todas camadas iônicas, a camada E é a região ionosférica mais regular, esta apresenta uma dependência sistemática de máxima densidade eletrônica com o ângulo do zênite solar, cujas variações são até certo modo previsíveis, pois são diurnas, sazonais e geográficas. Existe também uma dependência previsível quanto à densidade eletrônica em relação às mudanças da radiação solar que acompanham as flutuações irradiantes do astro em longo prazo, isto é, são dependentes do estado solar momentâneo, e este é cíclico. A máxima densidade eletrônica (Elétrons livres) na camada E seguem em proporcionalidade o número de manchas solares, cuja variação temporal segue o ciclo solar.

Na camada F, temos variações temporais de sua divisão em F1 e F2. Esta divisão ocorre durante o dia, sendo a F1 a mais baixa, e a F2 a mais alta. O mecanismo que gera a divisão surge devido processo de trocas íons-átomos, seguido pela recombinação dissociativa, a primeira parte, ou o primeiro processo controla as taxas de perdas da camada F2, e o último na camada F1. Embora a produção máxima de íons seja sempre na camada F1,  esta resulta na máxima densidade elétron-iônica na camada F2, onde as taxas de perdas iônicas são mais baixas. A máxima densidade elétron-iônica na camada F1 segue rigorosamente a taxa de ionização da camada E, porém existem modificações significativas e menos previsíveis na altitude da camada.

É sabido que a altura e a máxima densidade iônica e eletrônica na camada F2 estão sujeitas à grandes variações dependentes das condições solares e que têm importantes conseqüências para a propagação das ondas de radiofreqüência. Algumas das alterações na camada F2 são sistemáticas, mas também ocorrem variações importantes resultantes das condições elétricas da atmosfera inferior. Existem indícios de que a região F2 sofre uma grande influência devido transporte iônico a diferentes alturas ao longo das linhas de força do campo geomagnético influenciado também pela magnetosfera solar, neste caso, pode-se deduzir que as anomalias geomagnéticas podem influir na propagação de radiofreqüência, pelo menos em F2. Sabe-se também que estas condições variam à medida em que sofrem a interação com os ventos termosféricos em latitudes altas e médias, além, também, de receber influência dos campos elétricos em baixas latitudes.

As irregularidades na região F, são responsáveis pelo retroespalhamento da emissão de RF em determinadas freqüências que dependem do estado iônico (Densidade iônica e eletrônica)  da Ionosfera. Os efeitos sobre a camada F2, tomados em conjunto com as conhecidas variações na composição atmosférica, podem explicar largamente as suas características que foram consideradas anômalas em comparação à camada E.

As variações diurnas no máximo de densidade elétron-iônica nas regiões polares nas estações do ano onde ocorre a completa escuridão, demonstram máximas densidades eletrônicas em alguns locais de latitude média às vezes deslocados de algumas horas do dia local com maior densidade de elétrons no inverno do que no verão, e nas baixas latitudes, variações de longitude enlaçadas mais para o equador magnético* do que para o equador geográfico apontam para as influências geomagnéticas sobre a ionização, o que se deve aprofundar neste estudo. Portanto, é provável que exista a interação de densidade eletrônica no equador magnético, e máximos ao norte e ao sul, onde a inclinação magnética é de cerca de 30°. Em todas as latitudes, as densidades eletrônicas  na camada F2, assim como nas camadas E e F1, aumentam com o aumento do número das manchas solares. As densidades dos elétrons em alturas acima do máximo da camada F2 são controladas principalmente pelos processos de difusão.

A camada D demonstra grande variabilidade e sua estrutura é fina. É a camada menos estudada da ionosfera. As únicas radiações ionizantes que penetram nas camadas superiores e contribuem para a formação da camada D são os raios X cujos comprimentos de onda menores chegam a 2 nm e a radiação a-Lyman em 121,6 nm. As prováveis reações químicas  responsáveis por sua formação envolvem principalmente o óxido nítrico e outros constituintes da atmosfera, pouco se conhece ainda qual a influência do campo geomagnético na região. Porém sabe-se que a D é a principal responsável pela absorção da RF devidas colisões de elétrons na altitude onde esta ocorre. As densidades eletrônicas na parte superior da camada D são aparentemente encadeadas com as da camada E, pois existem variações sistemáticas latitudinais, temporais e de ciclos solares em absorção. São constatadas variações de absorção irregulares de forma aparentemente aleatória (Acredita-se que aí podem haver influências do geomagnetismo). Nas latitudes médias são notadas altas absorções anomalamente em certos dias durante o inverno. Provavelmente estas anomalias estão relacionadas ao aquecimento da estratosfera e provavelmente está associada às modificações na composição da camada D. Nota-se na parte inferior da camada D, abaixo dos 70 Km, que a ionização é produzida principalmente pelos raios cósmicos energéticos que ocorrem durante todo o dia . Os elétrons livres gerados pelos raios cósmicos tendem a se colidir e se unir a moléculas para formar íons negativos à noite, sendo desprendidos pela radiação solar durante o dia. A ionização na camada D inferior assim como a da sua parte superior, é muito maior durante o dia do que à noite. No entanto, as densidades eletrônicas na camada D inferior, estando relacionadas à incidência de raios cósmicos, são reduzidas com o aumento no número de manchas solares. Existe uma ionização adicional da camada D, presume-se, que é produzida nas altas latitudes pelas partículas que chegam , dirigidas ao longo das linhas de força do campo geomagnético. Os elétrons energéticos, com grande probabilidade de serem provindos do Sol, produzem os eventos de absorção auroral característica sobre uma faixa estreita em latitudes de cerca de 10°, estes associados às regiões aurorais visuais.

Referências bibliográficas:

* Hargreaves, J. K., "The Upper Atmosphere and Solar-Terrestrial Relations". Cambridge University Press, 1992,

* Kelley, M. C, and Heelis, R. A., "The Earth's Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics". Academic Press, 1989.

* K.Rawer and Y.V.Ramanamurty (eds) (1 January 1986). "International Reference Ionosphere - Status 1985/86". Advances in Space Research 5 (10). ISBN 0-08-034026-1 (Publisher: Pergamon Press), ISSN 0273-1177.

* Leo F. McNamara. (1994) ISBN 0-89464-804-7 Radio Amateurs Guide to the Ionosphere.

Atmosfera terrestre

O gráfico embaixo ilustra a divisão atmosférica sob o ponto de vista molecular, físico-químico e iônico.

Na figura embaixo está representado um esquema das camadas atmosféricas e suas altitudes.

Embaixo: A ionosfera se localiza entre sessenta e quatrocentos quilômetros de altitude (Arbitrado para fins de estudo, varia de autor para autor), é composta de íons, plasma ionosférico, e, devida sua natureza físico-química, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz. Nas zonas mais baixas da atmosfera, os elétrons livres e íons desaparecem. Isto ocorre devida maior densidade de partículas, portanto, a recombinação prevalecerá sobre a ionização.

A densidade dos gases nas zonas mais altas é muito baixa. A quantidade de radiação, ou seja, a energia provinda do espaço é muito grande até determinada altitude, contudo, não existem gases, átomos, ou moléculas livres suficientemente para serem ionizadas.

No plasma ionosférico encontramos condutividade iônica e permissividade eletromagnética , isto é, em alguns momentos a ionosfera parece se comportar como um condutor elétrico ou placa metálica, em outros pode se comportar como um condutor sintonizado em determinadas freqüências, podendo refletir determinados comprimentos de onda praticamente sem perdas, absorver outros comprimentos de onda inutilizando totalmente a propagação destas.

Só haverá ionização à medida em que mergulhamos na atmosfera, até uma certa profundidade limítrofe (Ver figura embaixo).

Embaixo, (na figura): Teste nuclear norte-americano sobre Honolulu, quando foi explodida uma bomba atômica em 9 de julho de 1962 na alta atmosfera terrestre. (Operação Dominic – Starfish Prime).

A explosão danificou 1/3 de todos os satélites próximos aos Cinturões de Radiação de Van Allen, além de causar uma compressão dos cinturões em direção à Terra. Outro efeito da explosão nuclear no espaço foi o fechamento da propagação de radiofreqüência em todos os comprimentos de onda, causando um black-out total em todo o planeta, inclusive em radares, devido pulso eletromagnético gerado dentro da magnetosfera, além do aumento repentino das taxas de ionização e alterações do plasma ionosférico que duraram por meses.

O campo magnético terrestre assemelha-se a um dipólo magnético com seus pólos próximos aos pólos geográficos da Terra. Uma linha imaginária traçada entre os pólos sul e norte magnéticos apresenta uma inclinação de aproximadamente 11,3º relativa ao eixo de rotação da Terra. A teoria do dínamo é a mais aceita para explicar a origem do campo, que estende-se por dezenas de milhares de quilômetros no espaço, formando a chamada magnetosfera.

O Cinturão de Van Allen é uma região onde ocorrem vários fenômenos atmosféricos devido a concentrações de partículas no campo magnético terrestre, descobertas em 1958 por James Van Allen. As radiações de Van Allen não ocorrem, salvo raras exceções nos pólos, e sim na região equatorial, estas formam dois cinturões em forma de anéis, com centro no equador. O mais interno se estende entre as altitudes de mil e cinco mil quilômetros, sua intensidade máxima ocorre em média aos três mil quilômetros, consiste de prótons altamente energéticos, que se originam pelo decaimento de nêutrons produzidos quando raios cósmicos vindos do espaço exterior colidem com átomos e moléculas da atmosfera terrestre, parte dos nêutrons é ejetada para fora da atmosfera e se desintegra em prótons e elétrons ao atravessar esta região do cinturão. Essas partículas se movem em trajetórias espirais ao longo de linhas de força do campo magnético terrestre.

Embaixo: Experimento em laboratório que cria o cinturão de radiação de Van Allen artificialmente.

Embaixo anomalia geomagnética do equador.

Embaixo: Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul.