اتمسفر
اتمسفر یا جَو که از ترکیب دو واژه یونانی atmos به معنای بخار (هوا) و sphere به معنای کره ساخته شده، نامی کلی است که به هوا (گازهایی) که سطح یک سیاره را احاطه کردهاند اطلاق میشود. در منظومه شمسی، سیارات از نظر وجود اتمسفر تنوع زیادی دارند.
نکته قابل اشاره در مورد اتمسفر سیارات این است که هر چه نیروی گرانش وارده از طرف جرم مرکزی به این لایههای گازی بیشتر باشد، توان نگاه داشتن گازهای فرار بیشتری در جو فراهم میآید. مثلا مشتری با گرانش قوی خود میتواند گازهای فراری همچون هیدروژن و هلیوم را در جو خود نگاه دارد. از طرف دیگر فاصله سیارات از خورشید نیز در ترکیب جو موثر است. به این ترتیب که انرژیی که از طرف خورشید به گازهای موجود در جو سیارات میرسد، موجب بیشتر شدن سرعت حرکت گرمایی آنها از سرعت گریز از گرانش سیاره میشود. به همین دلیل تیتان، تریتون و پلوتو با وجود گرانش کم میتوانند جو خود را حفظ کنند.
عطارد به دلیل نزدیکی به خورشید تقریبآ جو ندارد. بر خلاف عطارد، سیاره ی زهره جو بسیار غلیظی دارد که حتی دیدن سطح سیاره را برای ما غیر ممکن میکند و همیشه فقط میتوانیم جو و ابرهای بالای سطح آن را مشاهده کنیم.
سیاره مریخ جو دارد، اما از جو زمین رقیقتر است و درصد اکسیژن کمتری از جو زمین دارد.
سیارات گازی هم کم و بیش جو دارند، اما به دلیل گازی بودن سطح آنها، تفکیک دقیق جو از سطح سیاره در لایههای زیرین مشکل است. به همین دلیل در مورد ضخامت جو این سیارات نظرات مختلفی وجود دارد.
اما جو زمین شاید اساسیترین دلیل وجود حیات بر روی این سیاره باشد. بر خلاف تصور اکثر افراد جو زمین ضخامت چندانی ندارد.
البته در بعضی منابع ضخامت جو زمین تا 1000 کیلومتر نیز ذکر شده است. اما 90 درصد جو زمین در ارتفاع کمتر از 16 کیلومتری قرار دارد و در ارتفاعات بالا تر رقیق و رقیقتر میشود و در واقع نمیتوان مرز دقیقی بین آخرین لایهی جو زمین و فضای بیرون از جو مشخص کرد. جو زمین شامل 78% نیتروژن، 21% اکسیژن و درصد کمی دی اکسید کربن، آرگون و سایر گازها است.
جو زمین عامل ایجاد پدیدههای مختلف نجومی هم هست:
بارش شهابی به دلیل برخورد شهاب ها باجو زمین به وجود میآید.
چشمک زدن ستارگان هم به دلیل وجود جو زمین و شکست پیاپی نور در آن است. در خارج از جو نور ستارگان ممتد و بدون چشمک زدن دیده میشود.
همچنین وجود جو مقدار قابل توجهی از دید ما نسبت به جهان را تغییر میدهد و تا حدودی تاثیر نامطلوبی بر روی کیفیت تصویر تلسکوپهای مرئی میگذارد.
به همین دلیل از 2 دهه قبل نسل جدیدی از تلسکوپ ها به نام " تلسکوپ های فضایی " ایجاد شدند تا با استقرار در خارج از جو، بدون مزاحمت تلاطمات جوی، تصویر بهتر و دقیقتری به کیهانشناسان ارائه کنند.
محتویات
تعریف جو یا اتمسفر (Atmosphere)
بر اساس نظریههایجدید کرهی زمین در ابتدا بدون هیچ گونه جوی، از تجمع تدریجی ذرات سفت و سرد شده در اندازههای گوناگون به وجود آمده است. این ذرات بر اساس نظریههای گوناگون، حاصل انقباض خورشید بزرگ که روزیبه اندازهی کل منظومه شمسی بوده است، میباشد. «به طور کلیاتمسفر مخلوطی از گازها میباشد و اگرچه جو زمین ظاهرا به دلیل ماهیت گازیکه دارد بی وزن به نظر میرسد، اما دارای جرمی به مقدار 6/5×1014 تن میباشد. حدود 99% از حجم اتمسفر زمین را دو گاز ازت و اکسیژن تشکیل میدهد که ازت با 87% پیکرهی اصلیاتمسفر زمین را شکل میدهد و بعد از آن اکسیژن قرار دارد و دیگر گازها فقط در حدود 1% میباشند. علاوه بر ترکیبات دائمی جو، اتمسفر زمین حاوی مواد معلق و گوناگونی است که شامل ذرات نمک، گرد و غبار و قطرات بسیار کوچک آب نیز میباشد، که البته نباید آنها را در قالب ترکیبات گازی جو به حساب آورد.»
جدول زیر گازهایتشکیل دهنده جو را در یک هوایخشک (بدون بخار آب و آلایندهها) به صورت حجمیو جرمینشان میدهد . نوع گاز در صد حجمی درصد جرمی ازت 78/084 75/51 اکسیژن 20/946 23/15 آرگون 0/934 1/28 دیاکسید کربن 0/033 0/046
برای جو نمیتوان حدی مشخص قائل شد؛ زیرا هرچه از سطح زمین دور میشویم از غلظت گازهای تشکیلدهنده، کاسته میشود؛ تا جاییکه ذرات و اتمهای گاز به فاصلههای بسیار زیاد از هم قرار میگیرند. بر مبنای تجربه میتوان گفت که تا ارتفاع 1000 کیلومتری نیز آثار وجود گاز مشاهده شده است.
«علاوه بر گازهای موجود در جدول فوق مقدار زیادی بخار آب نیز در جو وجود دارد و همچنین گازهایی مانند هیدروژن و گازهایرادیواکتیویته مانند رادن (Radon) در جو دیده شده است. همچنین همیشه ذرات دیگری مانند گرد و خاک و دود کارخانجات و نمکهای مختلف را میتوان در هوا یافت.»
فیزیک فضا و اتمسفر
فیزیک فضا یکی از شاخههای علم فیزیک است که تا اندازهای پاسخگوی هزاران سؤال موجود در ذهن بشر در مورد فضا میباشد. بخشی از فیزیک فضا که در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار میگیرد، مکانیک سماوی است. در این بخش نیروهای مؤثر بر حرکت اجسامی نظیر سیارات، ماهوارهها و پروپهای مصنوعی مورد مطالعه قرار میگیرد. در سال 1619 میلادی کوپلر در مورد حرکت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که پایه و اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک برای حرکت سیارات است، عبارتند از: 1-حرکت سیارات به دور خورشید در یک مدار بیضویانجام میگیرد که خورشید در یکی از کانونهای آن بیضی قرار دارد. 2-مدار یک سیاره به دور خورشید، سطحی را تشکیل میدهد که این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خوشید، با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد. 3-نسبت بین مربع دورهی تناوب گردش هر سیاره و مکعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی، در مورد هر سیارهی منظومه شمسی عدد یکسانی است. فیزیک فضا علمی بسیار جدید است. با وجود این یک تکنولوژی مهم سبب حل بسیاری از نا شناختههای قبلی بوده است. در فیزیک اتمسفر، پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار، چگالی، دما، میدان مغناطیسی زمین، میدان الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار میگیرد. در اثر برهمکنش فوتون (که تشکیلدهندهی امواج الکترو معناطیسی است) با گازهای موجود در جو زمین، این گازها یونیزه میشوند. اتمهای یونیزه دوباره بر اثر برخورد با الکترونهای موجود در اتمسفر، در فرآیند ترکیب مجدد شرکت میکنند. که این فرایند در جو زمین انجام میشود.
اتمسفر زمین
فضای بین اتمسفر زمین و سیارات منظومهی شمسی، خلاء کامل نیست. اگرچه چگالی مواد بین سیارات کم است، این فضا مقادیری گازهای داغ و ذرات گرد و غبار در بر دارد. مواد گازی موجود در این نواحی را گاز بین سیارات مینامند. زیرا این گازها بین سیارات قرار دارند و اغلب از پروتونها و الکترونها تشکیل شدهاند و چگالی ملکولی آن بسیار کم است. مدار حرکت زمین به دور خورشید از فضای بین سیارات میگذرد و به همین دلیل با گازهای بسیار رقیق بین سیارات ادغام میشود. جو از نظر عمودی ممکن است بنا به ترکیبات، واکنشهای شیمیایی، یونیزه شدن، دما، فشار و ... بر حسب ارتفاع طبقهبندی شود. اما یونیزه شدن از اهمیت فوقالعادهای برخوردار است. آنچه بر روی این کرهی خاکی حیات را مقدور ساخته است، ارتباط بسیار منظم تنگاتنگی میان اعضای این پوشش با طبقات مختلف است. طبقاتی که هر لایهی آن وظیفه بسیار مهم تعیینکنندهای در تشکیل و ادامهی حیات دارا است . به نحوی که با حذف مجازی هر لایه و محاسبه مربوط به آن دگرگونی ژرفیدر سایر طبقات و طبع آن، تغییر کامل مکانیسم فعلی را سبب میشود. در دید اغلب افراد اهمیت جو در لایهی مجاور زمین است که دارای اکسیژن کافی برای تنفس میباشد. برای شکلگیری این لایه که موجودات در تماس مستقیم با آن میباشند، طبقات دیگر طبق چینش خاص خود با خصوصیات خاص دخالت دارند، که در این مشارکت با حذف هر کدام قطعاً حیات به خطر جدی خواهد افتاد. گرچه جو به معنای واقعی یک سیال کامل است و هیچ جای خالی در آن نمیتوان یافت و کاملاً فضا را به یک نسبت و یک شکل پوشش میدهد، اما در هر لایه ترکیبات خاص از عناصر و ملکولها با توجه به خصوصیات آن لایه قرار دارد.
ترکیبات اتمسفر
ترکیبات اتمسفر را طی جدولی در بخش تعریف جو یا اتمسفر در ابتدا به خوانندگان عزیز ارائه کردیم؛ اما با توجه به موارد مندرج در جدول یاد شده اگر سهم بخار آب موجود در اتمسفر را نیز در این تقسیمبندی دخالت دهیم، این نسبتها ثابت نخواهد بود؛ زیرا دمای لایههای پائین جو همیشه در حال تغییر بوده و با رسیدن دما به نقطهی میعان و تبدیل بخار به مایع، درصد حجمی بخار آب در جو تغییر خواهد کرد. در مقیاس جهانی، به طور متوسط 1% حجم اتمسفر زمین را بخار آب تشکیل میدهد، اما عملاً ممکن است در یک مکان، هوا فاقد بخار آب و در نقطهای دیگر تا 4% بخار آب وجود داشته باشد. گرچه وزن مولکولی بخار آب از وزن سایر عناصر تشکیل دهندهی جو کمتر است، با این وجود بخار آب بیشتر در لایههای پائین جو متمرکز میباشد.
بیشترین مقدار بخارآب در لایه مجاور سطح زمین بوده و با افزایش ارتفاع، به شدت از میزان آن کاسته میشود. بالا بودن مقدار بخار آب در نزدیکی سطح زمین به دو علت است: یکی به دلیل وجود اقیانوسها که منبع اصلی تأمین بخار آب است؛ و دیگری سرد بودن لایههای فوقانی جو که مانع از نفوذ و نگه داشت بخار آب میشوند.
اکسیژن در جو
«اکسیژن به سه صورت در جو وجود دارد» 1- اکسیژن معمولی( O2) 2- اکسیژن به صورت اتم (O) که مقدار بسیار جزئیاز اکسیژن جو را تشکیل میدهد و در قسمتهای فوقانی جو یعنی از 100 کیلومتر به بالا وجود دارد. 3- اکسیژن به صورت ازن (o3) که قسمت عمدهی اکسیژن جو را تشکیل میدهد و در ارتفاعات بین 35 الی80 کیلومتری جو موجود است.»
ارتفاع و ساختار اتمسفر
هر میزان از سطح زمین دور شویم، از غلظت هوا کاسته میشود. به طوریکه غلظت هوا درلایههای انتهایی آنقدر کم میشود که به طور غیر محسوس با جو خورشید در هم میآمیزد. ساختار اتمسفر را میتوان از دیدگاههای مختلف مورد بررسی قرار داد: یکی از معیارهایی که بر اساس آن لایههای جو طبقهبندی میشوند، دمای هواست. لایهبندی حرارتی(thermal stratification) از نظر تغییرات هوا و اثرات مستقیم گرما بسیار با اهمیت میباشد. لایهبندی دیگری نیز در ارتباط با یونیزاسیون(Ionization) یا وجود ذرات باردار اتمی در جو انجام میگیرد که به نوبهی خود دارای اهمیت میباشد. اما آنچه به عنوان مبنا پذیرفته شده، همان لایهبندی حرارتی است. با توجه به محدود بودن اطلاعات ما از خصوصیات جو در لایههای فوقانی و به این دلیل که سطوح بالایی هنوز تحت بررسی و تحقیق میباشد، هیچگونه تعریف مشخص جامعی از ساختار جو در این قسمت وجود ندارد. پایینترین لایهی جو که در برگیرندهی بیشترین جو هواست، و همچنین بزرگترین ویژگی آن، کاهش تدریجی دمای هوا نسبت به ارتفاع میباشد، لایهی تروپوسفر (troposphere) نام دارد. بیشترین تغییرات جوی که کاهش دما نسبت به ارتفاع، مهمترین آنهاست، دراین لایه اتفاق میافتد. ضخامت متوسط لایهی تروپوسفر حدود 11 کیلومتر است. ضخامت این لایه در قطب حداقل و در استوا به بالاترین مقدار خود میرسد.
روی لایهی تروپوسفر، طبقهی استراتوسفر (stratosphere) قرار دارد که ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است؛ اما در قسمتهای بالاتر، دمای هوا با ارتفاع افزایش مییابد. لایهی مزوسفر (mesosphere) در بالای طبقه استراتوسفر واقع شده و به صورتی است که در آن دمای هوا نسبت به افزایش ارتفاع به طور سریع کاهش پیدا میکند. ترموسفر (thermosphere) انتهایی ترین لایهی جو میباشد که در آن بار دیگر دمای هوا با ارتفاع به شدت زیاد میشود. این لایه از ارتفاع تقریبی80 کیلومتری زمین شروع و تا 190 کیلومتری سطح زمین ادامه دارد. بدین ترتیب جو زمین از نظر حرارتی به چهار لایهی متمایز: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر تقسیم میشود. مرز بین لایهی اول و دوم، تروپوپاز (tropopause)؛ مرز لایهی دوم و سوم، استراتوپاز (stratopause)؛ و مرز بین لایهی سوم چهارم، مزوپاز (mesopause) نام گرفته است. مزوپاز محلی است که پایینترین دما را داراست.
در برخی دیگر از منابع دو طبقهی دیگر به جو اضافه کردند: «یونوسفر، که تقریباً در 80 تا 800 کیلومتری سطح زمین واقع شده است و اتمهای این طبقه به علت برخورد با اشعهی خورشید و اشعهی کیهانی به شدت یونیزه میشود و موجب انتشار امواج رادیویی میگردند. به علت فاصلهی زیاد این طبقه با سطح زمین، تعداد ذرات هوا در هر سانتیمتر مکعب (توده ویژه) کم و فاصلهی ذرات گاز در آن زیاد میباشد. ولی به هر حال فاصله این ذرات به اندازهای است که سنگهای آسمانی که جذب زمین میشوند در اثر تماس و اصطکاک با این ذرات به حدی گرم میگردند که به حالت گداخته و درخشان درآمده و به شکل شهاب ثاقب دیده میشوند. «دیگری طبقه اگزوسفر که در قسمت فوقانی جو و در حقیقت آستانه یا سر حد فضاست که در آن ذرات هوا حرکات پرتابی دارند میباشد. چون این طبقه از سطح زمین دور است، نیروی جاذبهی زمین کاهش یافته و ذرات جو از هم دور و با داشتن میدان فعالیت بیشتری با سرعت زیادتری حرکت کرده تا جاییکه نیروی گریز از مرکز بر نیروی جاذبه غلبه میکند. بعضی از این ذرات در اثر همین حرکات پرتابی از جو زمین خارج میگردند و بعضیدیگر به علت برخورد با ذرات دیگر دو مرتبه به داخل جو زمین بر میگردند.»
ایزوترمال
در طبقهی استراتوسفر از سطح تراپاپاز به بالا ابتدا درجهی حرارت با ارتفاع تغییر نکرده و ثابت میماند. از این رو است که قسمت های زیرین این طبقه را که دارای چنین خاصیتی است با درجه حرارت ثابت یا «همدرجهی حرارت» (Isothermal layer) مینامند. ارتفاع ایزوترمال معمولاً 35 کیلومتر میباشد. از ارتفاع 35 تا 80 کیلومتری وجود ازن اثبات شده است. عمل ازن در این طبقه جذب زیاد اشعه حرارتی خورشید و به وجود آوردن یک طبقه از هوای گرم در جو بالا است. وجود اوزون در این منطقه ناشی از وجود اشعهی ماورای بنفش است. زیرا که توسط این اشعه فعل و انفعالات شیمیایی انجام گردیده و اکسیژن معمولی با اتم اکسیژن ترکیب شده و اوزون به وجود میآید.
اوزون
« اوزون نامی است که به مولکول سه اتمی اکسیژن دادهاند. مولکولهای اکسیژن در اثر تابش ماورای بنفش خورشید به دو اتم اکسیژن تجزیه میشوند.این اتمهای آزاد شده میتوانند با دیگر مولکولهای اکسیژن ترکیب شده وازن را تشکیل دهند. به دلیل اینکه ازن نسبت به مولکولهای معمولی اکسیژن از پایداری کمی برخوردار است، در اثر تابش خورشیدی به اتم و مولکول اکسیژن تجزیه میشود.» این فعل و انفعالات توسط انرژی ماورای بنفش انجام شده و در نتیجه، باعث نرسیدن این تابش خطر ناک به زمین میشود. از طرف دیگر به هنگام تجزیه اوزون مقداری انرژی به صورت انرژی حرارتی آزاد شده و جذب اتمسفر میشود که این امر باعث افزایش دمای اتمسفر میگردد. با توجه به این که تابش ماورای بنفش آثار تخری بی شدیدی بر روی سلولهای زنده دارد، اهمیت لایهی اوزون برای ادامهی بقای موجودات زنده در سطح زمین انکار ناپذیر است.
منبع
اتمسفر 2
اتمسفر از ترکیب دو واژه یونانی Atom و Sphere ،به ترتیب به معنای کره و بخار(هوا) ساخته شده است. مطالعه و بررسی اتمسفر و ویژگی هاوتاثیرات آن در رشته هایی چون هواشناسی و بخشی از فیزیک فضا از زیر شاخه ها ی ژئوفیزیک انجام می پذیرد.
در فیزیک اتمسفر، پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار، چگالی، دما، میدان مغناطیسی زمین، میدان الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار میگیرد. در اثر برهمکنش فوتون (که تشکیلدهندهی امواج الکترو معناطیسی است) با گازهای موجود در جو زمین، این گازها یونیزه میشوند. اتمهای یونیزه دوباره بر اثر برخورد با الکترونهای موجود در اتمسفر، در فرآیند ترکیب مجدد شرکت میکنند. که این فرایند در جو زمین انجام میشود.
پیدایش
شاید بهتر باشد برای پی بردن به چگونگی پیدایش اتمسفر نیم نگاهی هم به پیدایش جهان وعناصر موجود در ان زمان (13.73میلیارد سال پیش) هیچ خبری از عناصری چون اکسیژن-کربن و.... وجود نداشته وتنها عناصر موجودهیدروژن وهلیم بود.اما با انفجار ستاره های موجود در ان زمان عناصر سنگین پدید آمدند.
حدود 4.54 میلیارد سال پیش زمین ما یک سیاره بسیار گرم ومذاب و بدون وجود هیچ گونه حیاتی .طبق یک نظریه با بر خورد یک دنباله دار بر سطح زمین عناصر سازنده حیات وارد زمین شدند
چرا همه سیارات جو(اتمسفر)ندارند؟
وجود جودرسیاره به دوعامل بسیار مهم بستگی دارد:
- نیروی جاذبه
- دمای سیاره
سیاراتی که در زمان پیدایش منظومه شمسی بزرگ وحجیم بودند,نیروی جاذبه بیشتری داشتندوگاز های پیرامون خود را حفظ کردند.ولی اجرام کوچک وکم حجمی مانند تیر(عطارد)وماه گازهای پیرامون خود را در مرحله اولیه پیدایش از دست دادند.آنها پس از مدتی سرد شدند وبه شکل جامد در آمدند.همه ذرات با یک سرعت خاص می توانند بر نیروی جاذبه سیارات غلبه کنندواز آنها بگریزند. این سرعت در سیارات مختلف متفاوت است.برای مثال در کره زمین سرعتی معادل 11.2کیلومتر در ثانیه برای گریز از پیرامون زمین نیاز است.
سرعت یک ذره گاز به چگالی آن ودمای اطرافش بستگی دارد.هیدروژن وهلیم بسیار سبک هستند بنابراین نخستین گاز هایی اند که از محیط یک سیاره می گریزند. برخلاف آنها دی اکسید کربن وآرگون که گاز های سنگینی هستند پس از سایر گازها از اطراف سیارات دور می شوند. به همین دلیل بود که ماه وتیر جود خود را سالیان پیش از دست دادند.
مطالعات نشان داده است که سیاراتی مانند زهره,زمین,مشتری,زحل,اورانوس ونپتون جوضخیمی دارند.تیر نزدیکترین سیاره به خورشید است ودمای بسیار زیادی دارد,بنابراین جو بسیار رقیقی داردبه نوعی که می توان گفت جو ندارد. جو سیاره زهره بسیار ضخیم است وغالبا از دی اکسید کربن تشکیل شده است وفشار جو در این سیاره صد برابر فشار جو زمین است.فشارجودر مریخ کمتر از 0.01فشار جو زمین است.
جو (اتمسفر)زمین چیست؟
گرداگرسطح زمین را پوششی از هوا احاطه کرده است. این پوشش آدمی را از تابش فرابنفش خورشید محفوظ می دارد و موجب اعتدال دما های بسیار متفاوت سطح زمین می شود. هوا مخلوطی از چند گاز است نه ترکیب شیمیایی. هفتادوهشت درصد حجمی این مخلوط نیتروژن و21 درصد آن اکسیژن وکمتر از یک درصد آن آرگون است ومقدار بسیار کمی گاز کربنیک وبخار آب دارد.
احتمالا این درصدها در بخش فوقانی جو متفاوت است ودر ارتفاعا ت 50 تا 70 کیلومتراز سطح زمین هیدروژن وهلیوم اهمیت خاصی پیدا می کنند. فشار متوسطی که این جو در سطح دریا وارد می آورد برابر با 101,325 نیتون بر متر مربع یا 2ر1,013 میلی بار است .[میلی بار واحدی است که در هوا شناسی به کار می رود] البته این مقدار یک مقدار متوسط است ,مقدار واقعی فشار جو با زمان تغییر میکند. معمولا فشار های زیاد- مثلا1,030 میلی بار- با وضعیت جوی خوب همراه است وفشار های کم- مثلا980 میلی بار- با بارندگی.
فشار در سطح دریا را وزن هوایی موجب می شود که روی آن قرار دارد.چون از سطح دریا بالاتر رویم فشار کم می شود.درارتفاع 5,5 کیلومترفشار نصف 1,013 میلی با ر است ودر ارتفاع 11 کیلومتری یک چهارم آن. هر 5,5 کیلومتر،فشار به نصف مقدار قبلی کاهش پیدا می کند.
چگالی هوا نیز از همان قاعده فشار تبعیت می کند. در ارتفاع 5,5 کیلومتر از سطح دریا ،چگالی 50 درصد مقدار آن در سطح دریا است.در 160 کیلومتری،چگالی هوا کمتر از چگالی بهترین خلاء ایی است که در آزمایشگاه می توان به دست آورد.اطلا عاتی که از ماهواره های ونگارد(1958) و اکسپلور9 (1961) به دست آمده به وضوح تمام نشان می دهد که چگالی در هر ارتفاع معین از روزی به روز دیگر کاملا تغییر می کند وعلت عمده این تغییر، تغییرات فعالیت خورشیدی است.
جو زمین دارای لایه ای فوقانی نیست که کاملا مشخص ومجزا باشد .مطالعه نقشه های هوایی دال ر وجود هوا تا حدود 160 کیلومتری سطح زمین است؛مطالعه شفق های قطبی از وجود هوا ، دست کم در ارتفاع 700 کیلومتر از سطح دریا حکایت می کند.
جو زمین را می توان به چهار لایه تقسیم کرد:1 – گشت کره 2 –پوش کره 3- یون کره 4- بیرون کره
گشت کره(تروپوسفر)
یکی ازکار هار کارهای گشت کره تنظیم دما در سطح زمین است . انرژی خورشیدی معمولا به مقدار زیاد در عرض های جغرافیایی کم وبه مقداری کمتردر عرض های جغرافیایی شمالی تامین می شود. گردش هوا میان عرض های جغرافیایی مختلف قسمتی از این گرمای اضافی را همراه با توده های عظیم هوا به نواحی سردتر(ویا به عکس) منتقل می کند. توده های هوای گرم مقادیر زیادی گرما را با خود به شمال می برند وتوده های هوای سرد به جنوب منتقل می شوند تاعرض های جغرافیایی جنوبی را سرد کنند. مرزهای میان این توده های وسیع هوا را جبهه گویند.
در این مرزهای میان توده ای هوا ، یعنی در این جبهه ها است که قسمت عمده شرایط جوی سخت وطوفانی - ابر و مه وانواع بارندگی – واقع می شود.
ارتفاعات گشت کره با عرض جغرافیایی تغییر می کند واز 16کیلومتر از سطح دریا در استوا به کمتر از8 کیلومتر در قطب ها می رسد. دمای گشت کره از مقدار متوسط 13درجه سلسیوس در سطح دریا به مقدار 50- درجه سلسیوس در راس این لایه کاهش پیدا می کند . گشت مرز :مرز فاصل میان گشت کره ولایه بعدی است.
پوش کره (استراتوسفر)
پوش کره تا65 کیلومتر فراتر از گشت کره ادامه می یابد. دما در 15 کیلومتر اول این لایه در مقدار متوسط 50- درجه سلسیوس است ثابت می ماند ؛ سپس در 15 کیلومتری بعدی به 0 درجه سلسیوس می رسد وبلا خره در 30 کیلومتر بالایی این لایه به 110- درجه سلسیوس نزول می کند.
جریان های هوا در پوش کره بیشتر افقی یعنی به موازات سطح زمین است. از نظر شیمیایی ، پوش کره جز در دو مورد زیر شبیه نواحی پایینی جو است :
1 – بخار آب آن کمتر است
2- ازن آن بسیار بیشتر است
ازن 03 تاثیر تابش فرابنفش خورشید بر ملکول های اکسیژن 02 در پایین تر بخش (15 کیلومتری) پوش کره به وجود می آید . ازن که مرکب از ملکول هایی با سه اتم اکسیژن است نسبت به تابش فرابنفش بسیار کوتاه خورشید کدر است .جذب تابش فرابنفش به وسیله ازن بسیار مهم است ، زیرا این تابش برای همه انواع حیات بر روی زمین فوق العاده زیان آور است. پوش کره در حدود یک پنجم جرم کل جو را شامل می شود.
یون کره(یونسفر)
ضخامت این لایه از 80 تا 500 کیلومتر تغییر می کند .عده اتم های یونید ه در آن قابل ملاحظه است. یونش ، معلول یا نتیجه تابش فرابنفش وپرتو ایکس خورشید است. در یون کره سه لایه متمایز از یکدیگر را می توان تشخیص داد که به لایه های :
E,D,F
معروف اند و هر لایه ویژگی های خود را دارد اما هر سه لایه از نظر مخابره رادیویی بلند برد واجد اهمیت بسیار است . انعکاس های متوالی امواج میان این لایه ها وزمین ارسال پیام های رادیویی را به دور زمین امکان پذیر می سازد.
- به ارتفاع حدود 100کیلومتر از سطح دریا برای بازتا
- در 140 کیلومتری سطح دریا در بازتاب امواج رادیویی با طول موج متوسط از همه کارآتر است Eلایه
- در ارتفاع 240 کیلومتری,مخابرات رادیویی با طول موج کوتاه را باز می تابدFلایه
اشعه ای که از شراره های خورشیدی گسیل می شود ،در طی مدتی که این شرار ها ی فام سپهری دوام دارند،به شدت مخابرات رادیویی را مختل می کنند.
بیرون کره(ماگنتوسفر)
لایه ای است که بالاتر از یون کره جای داردوتا فضای خارج ادامه می یابد.دراین ناحیه است که فرار ملکولی واتمی از جو زمین قابل ملاحظه می گردد. اتم ها وملکول های سبکتر حتی اگر در قاعده بیرون کره باشند می توانند بگریزند ولی ذرات سنگین تر تنها از ارتفاعات بالاتر می گریزند. میدان مغناطیسی زمین مانع فرار ذرات یونیده می شود .
- تقسیم بندی تفضیلی تر لایه های جو به شرح زیر است:
گشت کره, میان کره, گرما کره(ترموسفر), وبیرون کره. میان کره بعد از گشت کره جای دارد . در این لایه دما نزول می کند و به 100- درجه سلسیوس می رسد. مرز فوقانی میان کره مزوپاز نام دارد. از مزوپازبه بالا دما افزایش می یابد. یون کره بخش تحتانی گرما کره است ؛ در گرماکره دما با ارتفاع زیاد می شود وبه 2000 درجه سلسیوس می رسد.
جو در نجوم
جوزمین به چند طریق بر تابش ورودی تاثیر می گذارد.
1 – بازتاب 2- جذب 3- پراکندگی 4- شکست نور
1- بازتاب: پدیده فلق وشفق نتیجه مستقیم انعکاس نور از ذرات غبارو دود است. اشعه خورشید پس از غروب یا پیش از طلوع آن ، از این ذرات به سمت زمین باز می تابد وبدین طریق بر طول روز افزوده می شود. شفق یا فلق نجومی تا زمانی که مرکز خورشید 18 درجه در افق فرو رود دوام می آورد.ز آن پس حتی کمسو ترین ستاره ها را می توان دید.
2- جذب:جو زمین جذب کننده ای گزینشی است؛ برخی از طول موج های نور را تقریبا صددرصد وطول موج های دیگر را فقط تا اندازه ای، جذب می کند.
تابش فرابنفش کوتاه یکسره در جو جذب می شود .در مورد امواج نور فقط بخشی از آن ها جذب می گردد.جذب گزینشی کار منجم را دشوار می سازد. نوری که به چشم ناظر می رسد تفاوتی عمده با نوری دارد که ستاره را ترک گفته است. این تفاوتباید در مطالعه طیف ستارگان بررسی شود.
3- پراکندگی: این اثر معلول پرا کنش نور از ملکول های هوا است ومیزان آن به رنگ نور بستگی دارد . نور آبی به سهولت بیشتری از نور سرخ پخش یا پراکنده می شود .این پراکندگی گزینشی هم علت رنگ آبی آسمان است وهم موجب رنگ سرخ ونارنجی غروب است . رنگ آبی آسمان معلول ارجحیتی لست که ملکول های طبقات فوقانی جو برای پراکندگی این رنگ قایل می شوند ونور آبی را در همه جهات پراکنده می کنند. رنگ سرخ ونارنجی غروب از آن رو است که اشعه مستقیم به هنگام غروب بخش عمده نور آبی خود را از دست می دهد ورنگ سرخ به جا می ماند.
4- شکست نور:نور چون از فضای میان ستاره ای وارد جو می شود ، می شکند وهرچه بیشتر به لایه های چگال تر نزدیک سطح زمین نفوذ کند، بیشتر می شکند. درنتیجه همه ی اجرام آسمانی بالاتر از آنچه واقعا هستند به نظر می رسند. میزان این افزایش در ارتفاع در نزدیکی افق از همه جا بیشتر است و هر چه به سمت الراس(آسمان بالای سر ناظر) نزدیکتر شویم کمتر می شود .در نزدیکی افق، مقدار این شکست بالغ بر 5/0 درجه است.
در ارتفاع 10 درجه ا ز افق مقدار آن به 1/ 0 دجه کاهش پیدا می کندوالبته در سمت الراس صفر است. شکست نور موجب می شود که ستاره هاوخورشید را بتوان اندک زمانی پیش از طلوع ومدت کوتاهی پس از آن که غروب کرده اند ، دیدونیز شکست نور باعث چشمک زدن ستارگان می شود. چگالی هوا در سطوح مختلف بر اثر بادهای موجود در آن سطوح، نسبتا به سرعت تغییر می کند. شکست نور ستارگان در عبور از هوا ، از یک لایه به لایه دیگر فرق می کند واین علت«چشمک زدن ستارگان» است.