Una ventana atmosférica es una región del espectro electromagnético que puede atravesar la atmósfera de la Tierra . Las ventanas óptica , infrarroja y de radio constituyen las tres ventanas atmosféricas principales. [2] Las ventanas proporcionan canales directos para que la superficie de la Tierra reciba energía electromagnética del Sol y para que la radiación térmica de la superficie salga al espacio. [3] Las ventanas atmosféricas son útiles para la astronomía , la teledetección , las telecomunicaciones y otras aplicaciones científicas y tecnológicas.
En el estudio del efecto invernadero , el término ventana atmosférica puede limitarse a referirse a la ventana infrarroja , que es la principal vía de escape para una fracción de la radiación térmica emitida cerca de la superficie. [4] [5] En otros campos de la ciencia y la tecnología, como la radioastronomía [6] y la teledetección , [7] el término se utiliza como hiperónimo , abarcando todo el espectro electromagnético como en el presente artículo.
Las ventanas atmosféricas, especialmente las ópticas e infrarrojas, afectan la distribución de los flujos de energía y las temperaturas dentro del equilibrio energético de la Tierra . Las propias ventanas dependen de las nubes, el vapor de agua , los gases traza de efecto invernadero y otros componentes de la atmósfera. [8]
De un promedio de 340 vatios por metro cuadrado (W/m 2 ) de irradiancia solar en la parte superior de la atmósfera, alrededor de 200 W/m 2 llegan a la superficie a través de ventanas, principalmente ópticas e infrarrojas. Además, de aproximadamente 340 W/m 2 de onda corta reflejada (105 W/m 2 ) más radiación de onda larga saliente (235 W/m 2 ), 80-100 W/m 2 salen al espacio a través de la ventana infrarroja dependiendo de la nubosidad . Aproximadamente 40 W/m 2 de esta cantidad transmitida son emitidos por la superficie, mientras que la mayor parte del resto proviene de las regiones inferiores de la atmósfera. De manera complementaria, la ventana infrarroja también transmite a la superficie una parte de la radiación térmica que fluye hacia abajo y que se emite en las regiones superiores más frías de la atmósfera. [3]
El concepto de "ventana" es útil para proporcionar información cualitativa sobre algunas características importantes del transporte de radiación atmosférica . Se necesita una caracterización completa de los coeficientes de absorción , emisión y dispersión del medio atmosférico para poder realizar un análisis cuantitativo riguroso (normalmente realizado con códigos de transferencia radiativa atmosférica ). La aplicación de la ley de Beer-Lambert puede producir estimaciones cuantitativas suficientes para longitudes de onda en las que la atmósfera es ópticamente delgada . Las propiedades de la ventana están codificadas principalmente dentro del perfil de absorción. [9]
Hasta los años 40, los astrónomos utilizaban telescopios ópticos para observar objetos astronómicos distantes cuya radiación llegaba a la Tierra a través de la ventana óptica. Después de esa época, el desarrollo de los radiotelescopios dio lugar al campo más exitoso de la radioastronomía que se basa en el análisis de las observaciones realizadas a través de la ventana de radio . [10]
Los satélites de comunicaciones dependen en gran medida de las ventanas atmosféricas para la transmisión y recepción de señales: los enlaces satélite-tierra se establecen en frecuencias que caen dentro del ancho de banda espectral de las ventanas atmosféricas. [11] [12] La radio de onda corta hace lo contrario, utilizando frecuencias que producen ondas celestes en lugar de aquellas que escapan a través de las ventanas de la radio. [13]
Tanto las técnicas de teledetección activas (señal emitida por satélite o avión, reflexión detectada por el sensor) como pasivas (reflejo de la luz solar detectada por el sensor) funcionan con rangos de longitud de onda contenidos en las ventanas atmosféricas. [14]