چرا در فضا اتمسفر وجود دارد

این نوشتار خرد توسط مؤلف آن تکمیل می‌شود . لطفا شکیبا باشید . 

اتمسفر که از ترکیب دو کلمه یونانی atmos به معنی بخار و کره به معنای کره تشکیل شده است، یک نام کلی است که به هوا (گاز) که سطح یک سیاره را احاطه کرده است، اطلاق می شود. در منظومه شمسی، سیارات دارای جو بسیار متنوعی هستند.

نکته قابل توجه در مورد اتمسفر سیارات این است که هر چه نیروی گرانشی اعمال شده توسط جرم مرکزی بر این لایه های گازی بیشتر باشد، گازهای فرار بیشتری را می توان در جو حفظ کرد. به عنوان مثال، مشتری، به لطف گرانش قوی خود، می تواند گازهای فراری مانند هیدروژن و هلیوم را در جو خود نگه دارد. از سوی دیگر، فاصله سیارات از خورشید نیز بر ترکیب جو تأثیر می گذارد. به این ترتیب انرژی دریافتی از خورشید به گازهای موجود در اتمسفر سیارات باعث می شود سرعت حرکت حرارتی آنها نسبت به سرعت فرار گرانشی سیاره افزایش یابد. به لطف این، تیتان، تریتون و پلوتون می توانند اتمسفر خود را با وجود گرانش کم خود حفظ کنند.

عطارد به دلیل نزدیکی به خورشید تقریباً هیچ جوی ندارد. بر خلاف عطارد، زهره جو بسیار غلیظی دارد که حتی ما را از دیدن سطح سیاره باز می دارد و ما فقط می توانیم جو و ابرهای بالای سطح آن را ببینیم.

مریخ دارای جو است، اما نازکتر از جو زمین است و درصد اکسیژن کمتری نسبت به جو زمین دارد.

سیارات گازی نیز دارای درجات مختلفی از جو هستند، اما به دلیل ماهیت گازی سطح آنها، جداسازی دقیق جو از سطح سیاره در لایه های زیرین دشوار است. به همین دلیل نظرات مختلفی در مورد ضخامت جو این سیارات وجود دارد.

اما جو زمین شاید اساسی ترین دلیل وجود حیات در این سیاره باشد. برخلاف تصور اکثر مردم، جو زمین خیلی غلیظ نیست.

البته در برخی منابع ضخامت جو زمین تا 1000 کیلومتر نیز ذکر شده است. اما 90 درصد جو زمین زیر 10 مایل (16 کیلومتر) از سطح دریا قرار دارد و در ارتفاعات نازک تر و نازک تر می شود و در واقع نمی توان مرز دقیقی بین آخرین لایه جو زمین و آن تعیین کرد. فضای خارج از جو جو زمین حاوی 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و درصد کمی دی اکسید کربن، آرگون و گازهای دیگر است.

جو زمین نیز منشاء پدیده های مختلف نجومی است:

بارش شهابی در اثر برخورد شهاب ها با زمین اتفاق می افتد.

چشمک زدن ستارگان به دلیل وجود جو زمین و شکست مداوم نور در آن است. در خارج از جو، نور ستارگان را می توان به طور مداوم بدون پلک زدن مشاهده کرد.

علاوه بر این، وجود جو به طور قابل توجهی دیدگاه ما را نسبت به جهان تغییر می دهد و تا حدودی بر کیفیت تصویر تلسکوپ های مرئی تأثیر منفی می گذارد.

به همین دلیل، بیست سال پیش، نسل جدیدی از تلسکوپ ها به نام «تلسکوپ های فضایی» ساخته شد تا با قرار گرفتن در خارج از جو، بدون اختلال تلاطم های جوی، تصویر بهتر و دقیق تری را در اختیار کیهان شناسان قرار دهد.

محتوا

فضا و فیزیک اتمسفر

فیزیک فضا یکی از شاخه های علوم فیزیکی است که تا حدودی به هزاران سوالی که ذهن انسان در مورد فضا می پرسد پاسخ می دهد. بخشی از فیزیک فضا که اجرام آسمانی در آن مطالعه می شود، مکانیک آسمانی است. در این بخش، نیروهای مؤثر بر حرکت اجسامی مانند سیارات، ماهواره‌ها و تکیه‌گاه‌های مصنوعی بررسی می‌شوند. در سال 1619، کوپلر سه قانون اساسی حرکت سیاره ای خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک حرکت سیارات است عبارتند از: 1- حرکت سیارات به دور خورشید در مداری بیضوی صورت می گیرد که خورشید در مداری از مدار قرار دارد. مراکز بیضی

2- گردش یک سیاره به دور خورشید یک سطح را تشکیل می دهد و این سطح که توسط خط اتصال بین سیاره و خورشید رد می شود با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد. 3- نسبت مجذور دوره چرخه هر سیاره و مکعب محور نیمه اصلی مدار بیضی شکل برای هر سیاره در منظومه شمسی یکسان است. فیزیک فضایی یک علم بسیار جدید است. با وجود این، فناوری مهم تاکنون بسیاری از ناشناخته ها را برطرف کرده است. در فیزیک اتمسفر، پارامترهای مهم خاصی در هر نقطه از جو مانند فشار، چگالی، دما، میدان مغناطیسی زمین، میدان الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی جو، ذرات باردار و شهاب‌سنگ‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرند. در اثر برهمکنش فوتون (که ماده تشکیل دهنده امواج الکترومغناطیسی است) با گازهای جو زمین، این گازها یونیزه می شوند. اتم های یونیزه شده دوباره به دلیل برخورد با الکترون های جو در فرآیند نوترکیبی شرکت می کنند. که این فرآیند در جو زمین اتفاق می افتد.

جو از ترکیب دو کلمه یونانی Atom و Sphere به ترتیب به معنی کره و بخار (هوا) تشکیل شده است. مطالعه و بررسی اتمسفر، خصوصیات و اثرات آن در زمینه هایی مانند هواشناسی و بخشی از فیزیک فضا از زیر شاخه های ژئوفیزیک انجام می شود.

در فیزیک اتمسفر، پارامترهای مهم خاصی در هر نقطه از جو مانند فشار، چگالی، دما، میدان مغناطیسی زمین، میدان الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی جو، ذرات باردار و شهاب‌سنگ‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرند. در اثر برهمکنش فوتون (که ماده تشکیل دهنده امواج الکترومغناطیسی است) با گازهای جو زمین، این گازها یونیزه می شوند. اتم های یونیزه شده دوباره به دلیل برخورد با الکترون های جو در فرآیند نوترکیبی شرکت می کنند. که این فرآیند در جو زمین اتفاق می افتد.

شاید بهتر باشد نگاهی به آفرینش جهان و عناصری که در آن زمان (13.73 میلیارد سال پیش) وجود داشته است بیندازیم تا چگونگی ایجاد جو را کشف کنیم. انفجار ستارگان موجود در آن زمان عناصر سنگینی را تولید کرد.

حدود 4.54 میلیارد سال پیش، زمین ما سیاره ای بسیار داغ و مذاب بود که هیچ حیاتی نداشت. یک نظریه این است که عناصر مولد حیات با برخورد یک دنباله دار به سطح زمین وارد زمین شدند.

چرا همه سیارات جو ندارند؟

وجود سیاره به دو عامل بسیار مهم بستگی دارد:

جاذبه زمین

دمای سیاره

سیاراتی که در زمان شکل گیری منظومه شمسی بزرگ و پرجرم بودند، نیروی گرانشی بیشتری داشتند و گازهای اطراف خود را حفظ می کردند، اما اجرام کوچک و کم حجم مانند عطارد و ماه گازهای اطراف خود را از دست دادند و در دوره اولیه احاطه شدند. مرحله آموزش آنها پس از یک دوره سرما، آنها جامد شدند. همه ذرات با سرعت معینی می توانند بر نیروی گرانش سیارات غلبه کرده و از آنها فرار کنند. این سرعت بسته به سیارات متفاوت است: برای مثال در زمین برای فرار از پیرامون زمین به سرعتی معادل 11.2 کیلومتر در ثانیه نیاز است.

سرعت یک ذره گاز به چگالی آن و دمای محیط بستگی دارد. هیدروژن و هلیوم بسیار سبک هستند، بنابراین اولین گازهایی هستند که از محیط سیاره خارج می شوند. بر خلاف آنها، دی اکسید کربن و آرگون که گازهای سنگینی هستند، پس از گازهای دیگر از سیارات دور می شوند. به همین دلیل است که آنها سالها پیش ماه واتیر جود خود را از دست دادند.

مطالعات نشان داده است که سیاراتی مانند زهره، زمین، مشتری، زحل، اورانوس و نپتون دارای جو ضخیم هستند. تیر نزدیک ترین سیاره به خورشید است و دمای بسیار بالایی دارد، بنابراین جو بسیار نازکی دارد به طوری که می توان گفت جو ندارد. جو سیاره زهره بسیار ضخیم است و عمدتاً از دی اکسید کربن تشکیل شده است و فشار جوی در این سیاره صد برابر بیشتر از فشار جو زمین است. فشار اتمسفر در مریخ کمتر از 0.01 فشار اتمسفر زمین است.

جو زمین چیست؟[ویرایش]

سطح زمین توسط لایه ای از هوا احاطه شده است. این پوشش از فرد در برابر پرتوهای فرابنفش خورشید محافظت می کند و دمای بسیار متفاوت سطح زمین را تعدیل می کند. هوا مخلوطی از چند گاز است و یک ترکیب شیمیایی نیست. هفتاد و هشت درصد حجمی این مخلوط نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و کمتر از یک درصد آرگون است و حاوی مقدار بسیار کمی دی اکسید کربن و بخار آب است.

این درصدها احتمالاً در قسمت بالایی جو متفاوت است و در ارتفاعات 50 تا 70 کیلومتری از سطح زمین، هیدروژن و هلیوم اهمیت ویژه ای پیدا می کنند. میانگین فشار وارد شده توسط این اتمسفر بر سطح دریا برابر با 101.325 نیوتن بر متر مربع یا 1.0132 میلی بار است و در طول زمان تغییر می کند. معمولاً فشارهای بالا – مثلاً 1030 میلی بار – با شرایط آب و هوایی خوب و فشارهای کم – مثلاً 980 میلی بار – با باران همراه است.

فشار در سطح دریا ناشی از وزن هوای بالاست، زیرا فشار از سطح دریا کاهش می‌یابد، در ارتفاع 5.5 کیلومتری، فشار نیمی از 1.013 میلی‌بار و در ارتفاع 11 کیلومتری، معادل نصف 1.013 است. mbar. یک چهارم. هر 5.5 کیلومتر، فشار به نصف مقدار قبلی کاهش می یابد.

چگالی هوا نیز از همان قانون فشار پیروی می کند. در ارتفاع 5/5 کیلومتری از سطح دریا، چگالی 50 درصد مقدار آن در سطح دریا است و در 160 کیلومتری، چگالی هوا کمتر از چگالی بهترین خلاء قابل حصول در آزمایشگاه است. از ماهواره های پیشتاز (1958) و اکسپلورر 9 (1961) به وضوح نشان می دهد که چگالی در یک ارتفاع معین به طور کامل از روز به روز تغییر می کند و دلیل اصلی این تغییر تغییرات در فعالیت خورشیدی است.

جو زمین لایه بالایی کاملا مجزا و مجزا ندارد. بررسی نقشه های هوایی حاکی از وجود هوا تا ارتفاع حدود 160 کیلومتری از سطح زمین است. بررسی شفق های شمالی حاکی از وجود هوا حداقل در ارتفاع 700 کیلومتری از سطح دریا است.

جو زمین را می توان به چهار لایه تقسیم کرد:

تور کره

شیک کره ای

یون کره ای

خارج از کره

تروپوسفر

یکی از وظایف اصلی گشت کره ای تنظیم دمای سطح زمین است. انرژی خورشیدی عموماً به مقدار زیاد در عرض های جغرافیایی پایین و در مقادیر کمتر در عرض های جغرافیایی شمالی تأمین می شود. گردش هوا بین عرض های جغرافیایی مختلف مقداری از این گرمای اضافی را به مناطق سردتر (یا برعکس) و همچنین توده های عظیم هوا منتقل می کند. توده های هوای گرم مقادیر زیادی گرما را با خود به سمت شمال حمل می کنند و توده های هوای سرد به سمت جنوب به عرض های جغرافیایی سرد جنوبی منتقل می شوند. مرزهای بین این توده های عظیم هوا را جبهه می گویند.

در این مرزهای توده هوا، یعنی در این جبهه ها، شدیدترین و طوفانی ترین شرایط آب و هوایی – ابر، مه و بارش – رخ می دهد.

ارتفاع کره با عرض جغرافیایی تغییر می کند و از 16 کیلومتر بالاتر از سطح دریا در خط استوا تا کمتر از 8 کیلومتر در قطب ها متغیر است. دمای سطح کره از میانگین 13 درجه سانتیگراد در سطح دریا به 50- درجه سانتیگراد در بالای این لایه کاهش می یابد. مرزبانی: مرز مرز بین مرزبانی و استان بعدی است.

کره شیک (استراتوسفر)

کره شیک تا 65 کیلومتر فراتر از مرز کره ادامه دارد. دمای 15 کیلومتر اول این لایه به طور متوسط ​​50- درجه سانتیگراد است و ثابت می ماند. سپس در 15 کیلومتر بعدی به صفر درجه سانتیگراد می رسد و در 30 کیلومتری بالای این لایه به 110- درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

جریان هوا در سراسر کره زمین عمدتاً افقی است، یعنی موازی با سطح زمین است. از نظر شیمیایی، گوشته شبیه به اتمسفر پایین است، به جز از دو جنبه:

بخار آب آن کمتر است

ازن آن بسیار بالاتر است

ازن O3 اثر تابش فرابنفش خورشید بر مولکول های اکسیژن O2 واقع در قسمت پایین (15 کیلومتر) پوسته زمین است. اوزون که از مولکول هایی با سه اتم اکسیژن تشکیل شده است، نسبت به تابش بسیار کوتاه فرابنفش خورشید کدر است. جذب اشعه ماوراء بنفش توسط ازن بسیار مهم است، زیرا این تابش برای همه انواع حیات روی زمین بسیار مضر است. جو حدود یک پنجم کل جرم جو را در بر می گیرد.

کره یونی (یونوسفر)

ضخامت این لایه از 80 تا 500 کیلومتر متغیر است و تعداد اتم های یونیزه شده آن قابل توجه است. یونیزاسیون اثر یا نتیجه اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس از خورشید است. در کره یونی، سه لایه متمایز قابل تشخیص است که عبارتند از:

معروف هستند و هر لایه ویژگی های خاص خود را دارد، اما هر سه لایه از نظر انتقال رادیویی دوربرد بسیار مهم هستند. انعکاس پی در پی امواج بین این لایه ها و زمین امکان ارسال پیام های رادیویی به اطراف زمین را فراهم می کند.

لایه D: تقریباً 100 کیلومتر بالاتر از سطح دریا برای انعکاس

لایه E: در ارتفاع 140 کیلومتری از سطح دریا، بیشترین تأثیر را در انعکاس امواج رادیویی با طول موج متوسط ​​دارد.

لایه F: در ارتفاع 240 کیلومتری، ارتباطات رادیویی موج کوتاه را منعکس می کند

تشعشعات ساطع شده از شراره های خورشیدی، ارتباطات رادیویی را در طول مدت این شراره های کروی به شدت مختل می کند.

کره بیرونی (مگنتوسفر)

این یک لایه بالای کره یونی است و تا فضای بیرونی گسترش می یابد. در این منطقه است که فرار اتم های مولکولی از جو زمین قابل توجه می شود. اتم‌ها و مولکول‌های سبک‌تر می‌توانند حتی اگر در پایه کره بیرونی باشند، فرار کنند، اما ذرات سنگین‌تر فقط از ارتفاعات بالاتر فرار می‌کنند. میدان مغناطیسی زمین مانع از خروج ذرات یونیزه می شود.

طبقه بندی دقیق تر لایه های جو به شرح زیر است:

تور کره

بین کره

ترموسفر

خارج از کره

بعد از تور کره جایی بین کره وجود دارد. در این لایه دما کاهش می یابد و به 100- درجه سانتیگراد می رسد. حد بالایی بین کره ها مزوپوز نامیده می شود. دما از مزوفاگ فوقانی افزایش می یابد. یون کره قسمت پایینی گرمای کره است. در تروپوسفر دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد و به 2000 درجه سانتیگراد می رسد.

Josmin به طرق مختلف بر تشعشعات دریافتی تأثیر می گذارد.

انعکاس

جاذبه

انتشار

شکست نور

انعکاس

پدیده شفق شمالی نتیجه مستقیم انعکاس نور از گرد و غبار و ذرات دود است. پس از غروب خورشید یا قبل از طلوع خورشید، اشعه های خورشید توسط این ذرات به زمین بازتاب می شود و در نتیجه طول روز افزایش می یابد. شفق های نجومی تا زمانی که مرکز خورشید 18 درجه در افق فرو می رود ادامه می یابد و پس از آن حتی کم نورترین ستارگان نیز دیده می شوند.

استخدام

جو زمین یک جاذب انتخابی است. برخی از طول موج های نور را تقریباً 100٪ و برخی دیگر را فقط تا حد معینی جذب می کند.

پرتوهای فرابنفش کوتاه به طور کامل در جو جذب می شوند. در مورد امواج نور، تنها بخشی از آنها جذب می شود. جذب انتخابی کار اخترشناسان را دشوار می کند. نوری که به چشم ناظر می رسد با نوری که از ستاره خارج می شود بسیار متفاوت است. این تفاوت را باید در مطالعه طیف ستارگان بررسی کرد.

پراکندگی

این اثر حاصل پراکندگی نور توسط مولکول های هوا است و بزرگی آن به رنگ نور بستگی دارد. نور آبی راحت تر از نور قرمز حرکت می کند. این انتشار انتخابی منشأ رنگ آبی آسمان و رنگ قرمز و نارنجی غروب خورشید است. رنگ آبی آسمان به دلیل ترجیح مولکول های لایه های بالایی جو برای پخش این رنگ و پخش نور آبی در همه جهات است. رنگ قرمز و نارنجی غروب آفتاب به این دلیل است که پرتوهای مستقیم بیشتر نور آبی خود را با غروب خورشید از دست می دهند و رنگ قرمز باقی می ماند.

شکست نور

هنگامی که نور از فضای بین ستاره ای وارد جو می شود، تجزیه می شود و هر چه بیشتر به متراکم ترین لایه های نزدیک به سطح زمین نفوذ کند، بیشتر تجزیه می شود. در نتیجه همه اجرام آسمانی بالاتر از آنچه واقعا هستند به نظر می رسند. بزرگی این افزایش ارتفاع در نزدیکی افق بیشتر از هر جای دیگری است و هر چه به بالا (آسمان بالای سر ناظر) نزدیکتر می شود کاهش می یابد. در نزدیکی افق، بزرگی این شکست بیشتر از 0.5 درجه است.

در ارتفاع 10 درجه از افق، مقدار آن به 0.1 درجه کاهش می یابد، در حالی که در بالا صفر است. انکسار نور به ما این امکان را می دهد که ستاره ها و خورشید را اندکی قبل از طلوع و کمی پس از غروب آن ها ببینیم و شکست نور باعث چشمک زدن ستاره ها می شود. چگالی هوا در سطوح مختلف به دلیل بادهای موجود در آن سطوح نسبتاً سریع تغییر می کند. انکسار نور ستاره هنگام عبور از هوا از لایه ای به لایه دیگر متفاوت است و این عامل “چشمک ستاره” است.

http://www.bandarfly.com/ <مراجع />

اتمسفر چیست و کجاست؟

اتمسفر توده ای از گازهاست که زمین را احاطه کرده و آن را هوا می نامیم. این توده هوا از زمین تا فضا گسترش یافته و از 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و 1 درصد گازهای دیگر تشکیل شده است.

جو هم فشار می آورد. فشار اتمسفر یا فشار هوا ناشی از وزن زیاد هوا است. در سطح زمین این فشار برابر با یک کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. ما این فشار را زیاد نمی دانیم چون همیشه بوده و عادی شده است.

گرانش یا کشش جاذبه زمین، اتمسفر را نزدیک آن نگه می‌دارد. اتمسفر بر اساس دماهای متفاوتی که دارد، به لایه‌های مختلف تقسیم شده است. تروپوسفر یا گشت کره، لایه‌ای است که درون آن زندگی می‌کنیم و 75 درصد اتمسفر را تشکیل می دهد. تقریباً تمام ابرها در این لایه تشکیل می‌شوند و باران و برف نیز در آن می‌بارد. استراتوسفر یا پوش کره، تا ارتفاع 48 کیلومتری از سطح زمین امتداد می‌یابد. ابرها بندرت در این لایه دیده می‌شوند. هواپیماها معمولاً در آن پرواز می‌کنند تا از آشفتگی‌های هوا در تروپوسفر، در امان باشند. لایه ازون بین استراتوسفر و مزوسفر (میان کره) قرار می‌گیرد. مزوسفر تا ارتفاع 80 کیلومتری ادامه دارد. در بالای این لایه نیز ترموسفر یا گرما کره قرار گرفته که هوایش بسیار رقیق است. حدود 99.99 درصد اتمسفر، زیر این لایه قرار می‌گیرد. قسمت پایینی مزوسفر را یونوسفر (یون کره) می‎نامند که امواج رادیویی را به سمت زمین باز می‌گرداند و به همین دلیل است که می‌توان امواج رادیویی را به سرتاسر زمین ارسال کرد. اگزوسفر یا برون کره نیز از ارتفاع 480 کیلومتری آغاز می شود و در فضا محو می‌گردد.

در ارتفاعات، جو نازک‌تر می‌شود و تنفس سخت‌تر می‌شود. آثار جوی را می توان هزاران مایل در فضا پیدا کرد، اما حتی ارتفاع 2200 متری مکزیکو سیتی در طول المپیک 1968 ورزشکاران را به باد داد.

هر چه بالاتر بروید، جو نازک تر و سردتر می شود. در قله اورست (8848 متر بالاتر از سطح دریا) دمای هوا 50- درجه سانتیگراد است. این دو دلیل است که هواپیماها باید کاملاً ضد آب باشند و ذخایر اکسیژن لازم را داشته باشند تا مسافران از سرما در امان باشند و بتوانند به طور عادی نفس بکشند.

جو با جلوگیری از تشعشعات مضر و خطرناک خورشید و فضا از ما محافظت می کند. به عنوان مثال، لایه ای از اکسیژن به نام لایه اوزون مانع از عبور نور نامرئی فرابنفش می شود که باعث آفتاب سوختگی های جدی و کشنده می شود.

دانشمندان دریافته اند که اگر میزان دی اکسید کربن در جو زمین دو برابر شود و به 0.06 درصد برسد، دمای کلی زمین افزایش خواهد یافت. در این صورت، یخ های قطبی ذوب می شوند و زمین های ساحلی و کم ارتفاع زیر آب می روند.

گازهای موجود در اتمسفر چیست؟

4.5 میلیارد سال طول کشید تا مخلوط گازهای اتمسفر به حالت فعلی خود برسد. حدود 99 درصد جو از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است. 1 درصد باقیمانده مربوط به آرگون، دی اکسید کربن و مقادیر کمی هیدروژن، ازن، متان، نئون، کریپتون و زنون است. مقدار بخار آب به دما و رطوبت هوا بستگی دارد.

مراجع

دایره المعارف علمی Kingfisher. نوشته کاترین هدلم ترجمه محمود سالک. توسط Kingfisher Books منتشر شده است. سال 1991.

نمایش بیشتر