اتمسفر: تفاوت بین نسخه‌ها

نسخهٔ کنونی تا ‏۲۲ ژانویهٔ ۲۰۱۴، ساعت ۱۴:۳۵

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.

فیزیک فضا و اتمسفر[ویرایش]

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 2[ویرایش]

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[ویرایش]

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؟[ویرایش]

وجود جودرسیاره به دوعامل بسیار مهم بستگی دارد:

1. نیروی جاذبه
2. 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 می‌توانند 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 می‌توان 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؟[ویرایش]

گرداگرد سطح 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 1.0132 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- مثلا 1.030 میلی بار- با وضعیت جوی خوب همراه است وفشار های کم- مثلا 980 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 می‌توان 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 می‌توان به چهار لایه تقسیم کرد:

1. گشت کره
2. پوش کره
3. یون کره
4. بیرون کره

گشت کره(تروپوسفر)[ویرایش]

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)[ویرایش]

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

ازون O₃ تاثیر تابش فرابنفش خورشید بر ملکول های اکسیژن O₂ در پایین تر بخش (15 کیلومتری) پوش کره به وجود می آید . ازون که مرکب از ملکول هایی با سه اتم اکسیژن است نسبت به تابش فرابنفش بسیار کوتاه خورشید کدر است .جذب تابش فرابنفش به وسیله ازون 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)[ویرایش]

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 می‌توان 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.

• لایه D: به ارتفاع حدود 100کیلومتر از سطح دریا برای بازتاب
• لایه E: در 140 کیلومتری سطح دریا در بازتاب امواج رادیویی با طول موج متوسط از همه کارآتر است
• لایه F: در ارتفاع 240 کیلومتری,مخابرات رادیویی با طول موج کوتاه را باز می تابد

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)[ویرایش]

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 می‌توانند 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)
• بیرون 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 و به 2000 درجه سلسیوس می رسد.

جو در نجوم[ویرایش]

جوزمین به چند طریق بر تابش ورودی تاثیر می گذارد.

1. بازتاب
2. جذب
3. پراکندگی
4. شکست نور

بازتاب[ویرایش]

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 می‌توان دید.

جذب[ویرایش]

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.

پراکندگی[ویرایش]

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.

شکست نور[ویرایش]

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 0.5 درجه است.

در ارتفاع 10 درجه ا ز افق مقدار آن به 0.1 درجه 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.

منبع[ویرایش]

http://www.bandarfly.com/ <references />