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La termosfera, también llamada ionosfera, es la capa de la atmósfera terrestre que se encuentra entre la mesosfera y la exosfera, cuya extensión comienza aproximadamente entre 80 y 120 kilómetros de la Tierra, prolongándose hasta entre 500 y 1000 kilómetros de la superficie terrestre. Dentro de esta capa, existe la radiación ultravioleta, pero sobre todo los rayos gamma y rayos X provenientes del Sol, provocan la ionización de átomos de sodio y moléculas. En dicho proceso, los gases que la componen elevan su temperatura varios cientos de grados, de ahí su nombre.
Las partículas de aire en la termosfera están muy separadas. Algunas veces, las partículas de gas en esta capa se cargan de energía, proveniente del Sol. Cuando ocurre esto, se puede ver en el cielo nocturno las llamadas auroras (boreales o australes).
La termosfera es una de las capas de la atmósfera terrestre (la cuarta específicamente) llamada así por las elevadas temperaturas que se alcanzan en ella debido a que los gases están ionizados (por eso también se denomina ionosfera). Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1500 °C.