اتمسفر زمين

[Babak Radfar]

گردآورنده: محمدرضا پوريگانه


بسياري از مردم پوشش اطراف زمين را تا آنجا كه جو ناميده ميشودبه مثابه پوششي تحت نام اقيانوس هوا مي شناسند كه زمين را در بر گرفته است و اين پوشش لايه هايي از گازها وبخار آب است . با اينكه از نگاه اوليه اين تصور شكل مي گيرد اما بايد بدانيم كه در اين نگرش ساده مواردي وجوددارد كه در بحثهاي عمومي كمتر بدان پرداخته مي شود.

بحثهائي كه تحت آن علم هواشناسي شكل مي گيرد و به راستي يكي از زيبا ترين وپيچيده ترين مكانيسم هاي طبيعي را مورد بررسي قرار ميدهد.

آنچه كه برروي اين كره خاكي حيات را مقدور ساخته است ارتباط بسيار منظم وتنگاتنگي ما بين اعضاي تشكيل دهنده اين پوشش با طبقات مختلف است.طبقاتي كه هر لايه آن وظيفه بسيار مهم وتعيين كننده اي در تشكيل و ادامه حيات داراست. به نحوي كه با حذف مجازي هر لايه ومحاسبات مربوط به آن دگرگوني ژرفي در ساير طبقات وبه تبع آن، تغيير كامل مكانيسم فعلي را سبب مي شود.در ديد اغلب افراد اهميت جو در لايه مجاور زمين است كه داراي اكسيژن كافي براي تنفس مي باشد.براي شكل گيري اين لايه كه موجودات در تماس مستقيم با آن مي باشندطبقات ديگر طبق چينش خاص خود با خصوصيات منحصر به فرد دخالت دارند كه در اين مشاركت با حذف هر كدام قطعا حيات به خطر جدي خواهد افتاد. گر چه جو به معناي واقعي يك سوسيال كامل است و هيچ جاي خالي در جو نمي توان يافت و كاملا فضا را به يك نسبت ويك شكل پوشش مي دهد اما در هر لايه تركيبات خاص از عناصر و ملوكولها با توجه به خصوصيات آن لايه قرار دارد.از ديدگاه مخابرات ماكروويو وابستگي ارسال تحت كانال هوا به پارامترهاي فيزيكي ،جاي پائي براي مطالعه وباز بيني دقيقي بر اين رويه ميطلبد. اهميت لايه هاي جو در مخابرات بدين سبب است كه محيط انتقال امواج الكترومغناطيس بوده و گاهي به عنوان Reflector مورد استفاده قرار ميگيرد ماهواره اي كه در مدار زمين قرار ميگيرد وتنها راه ارتباطي آن با زمين امواج راديوئي ميباشد، امواجي را دريافت ميدارد كه از اين لايه ها در شرايط مختلف جوي ودر زمانهاي مختلف فصلي وشبانه روزي عبور نموده است.دو مشخصه عمده امواج صرفنظر از نوع قطبي شدگي و اختلاف فاز ، دامنه موج و فركانس موج ميباشد.كه هرچه فركانس موج بالاتر رود نفوذ وانتشار آن در فاصله هاي بعيد بهتر صورت ميگيرد.اما اين دو كميت به چه نسبت وتا چه حدود افزايش يابند كه اولا اختلاف زيادي با سطح Optimize خود نداشته از طرف ديگر ارتباط به شكلي دائمي وجود داشته باشد.چرا كه طبق آنچه كه در ادامه توضيح داده خواهد شد جو تركيبي پيچيده از عوامل محدود كننده ميباشد كه بر اساس ماهيت فيزيكي منحصر به فرد خود در ارتباط با امواج راديوئي در طول شبانه روز رفتار متغييري از خود نشان ميدهد.

مختصري در خصوص اتمسفر زمين

فضاي بين اتمسفر زمين وسيارات منظومه شمسي خلا كامل نيست اگر چه چگالي مواد بين سيارات كم است اين فضا مقاديري گازهاي داغ وذرات گرد و غبار در بر دارد. مواد گازي موجود در اين نواحي را گاز بين سيارات مينامند زيرا اين گازها بين سيارات قرار دارند واغلب از پروتونها و الكترونها تشكيل شده اند و چگالي مولوكولي آن بسيار كم است.

مدار حركت زمين به دور خور شيد از فضاي بين سيارات ميگذرد وبه همين دليل با گازهاي بسيار رقيق بين سيارات ادغام مي شود.

جو از نظر عمودي ممكن است بنا به تركيبات ،عكس العملهاي شيميايي ، يونيزه شدن ، دما ، فشار وغيره برحسب ارتفاع طبقه بندي شود كه در اين بخش مختصري از خصوصيات اين طبقات شرح داده ميشود.از موارد بر شمرده شده يونيزه شدن از اهميت فوق العاده اي بر خوردار است.

به طور خلاصه ميتوان گفت كه جو از چهار لايه كاملا مشخص تروپوسفر ، استراتوسفر ،مزوسفر و ترموسفر تشكيل شده است.

دماهاي زياد نزديك سطح زمين ،در مجاورت استراتوپاز و ناحيه ترموسفر ديده ميشود.اين زياد بودن دما به تابش خورشيد و جذب آن مربوط است.بيشتر تابش خورشيدي توسط سطح زمين جذب ميشود.بنا بر اين تروپوسفر از ناحيه زيرين شروع به گرم شدن ميكند.تغييرات دما از سطح زمين با افزايش ارتفاع ، كاهش مي يابد و اين بدين سبب است كه از منبع گرمائي كه سطح زمين مي باشد دور ميشويم.بر عكس تروپوسفر ناحيه گرمائي استراتوسفر در بالاي آن قرار دارد واينجا همان نقطه اي است كه در آن شكل گيري اوزن و تجزيه ملوكولهاي اكسيژن صورت ميگيرد ودر اثر اين واكنش گرما ايجاد ميشود .با نزديك شدن به اين بخش چون به منبع گرمائي نزديك ميشويم تغييرات دما با افزايش ارتفاع افزايش مي يابد.در بخش بالاتر، مزوسفر قرار دارد كه در اينجا چگالي مولكولي كم ميشود وبا افزايش ارتفاع به دليل دور شدن از استراتوسفر كه منبع گرمائي ميباشد، دما به شدت نزول ميكند تا بخش بالاتر كه ترموسفر ناميده ميشود از اينجا به بعد دما باز هم افزايش مي يابدو توجيه آن خروج از حيطه زمين وكاسته شدن اثرات حرارتي آن ونزديك شدن به منبع اصلي گرما در منظومه شمسي مي باشد.از اينجا به بعد تغييرات دما سير صعودي دارد. در اتمسفر زمين تقريبا از ارتفاع 50 تا 500 كيلومتر يعني بخشهائي از مزوسفر و ترموسفر لايه هائي از گازهاي يونيزه به نام يونسفر وجود دارد.يونسفر از الكترونهاي آزاد و يونهاي مثبتي تشكيل ميشودكه با جذب تشعشع ماوراء‎‎ بنفش خورشيد توسط اتمها ومولكولهاي اتمسفر بالائي ايجاد ميگردند.ذرات باردار در اين ناحيه توسط ميدان مغناطيسي زمين به دام مي افتند.خصوصيات اين لايه ها از نظر ارتفاع وچگالي يوني از طرفي به تركيبات مزوسفر و ترموسفر و از سوي ديگر به طبيعت تشعشعات خورشيدي و چگونگي چرخه لكه خورشيدي(Sunspot cycle) بستگي دارد.طوفانهاي خورشيدي كه در اثر انفجارات سطحي خورشيد به وجود مي آيندو از ميزان بسيار زياد انرژي آزاد شده آن تنها بخش بسيار كوچكي به زمين ميرسد نيز در اين مشخصه ها نقش اساسي دارند .از آنجائيكه اين انفجارات و تشعشعات پريوديك نبوده وميزان ومعياري براي تناوبي شدن آنها در فواصل كوتاه شبانه روز،فصلها وحتي سالها وجود ندارد پيش بيني مشخصه هاي چگالي يوني و ارتفاع توسعه يافته لايه يونسفر تقريبا غير ممكن ميباشد.لايه يونسفر با توجه به دارا بودن حالت يوني وپلاسما گونه اش به لايه پلاسما نيز شهرت دارد.از خصوصيات بارز اين لايه ايجاد شفق قطبي كه پديده اي نادر است رامي توان نام برد.اين پديده در اثر به دام افتادن ذرات باردار ويونها در ميدان مغناطيسي قوي موجود در قطبها مي باشد.در اين لايه چگالي الكترون ويون در لايه هاي يونيزه جداگانه اساسا يكسان است .وجه تسميه پلاسماي اين لايه بر اساس همين توازن چگالي الكترون و يون مي باشد.يونسفر نقش اصلي در انتشار امواج الكترومغناطيسي دارد واثرات مهمي بر ارتباطات راه دور را داراست.از آنجائيكه جرم الكترونها نسبت به يونهاي مثبت بسيار سبكتر است توسط ميدانهاي الكتريكي امواج الكترومغناطيس گذرنده بيشتر شتاب مي يابند.در تحليل ارائه شده بر اساس اين واقعيت از شتاب يونها صرفنظر شده و لابه يونسفر به عنوان يك گاز الكترون آزاد Free electron gas در نظر گرفته شده است.


منبع :pooryia.persianblog.com

Cheng الكترومغناطيس و ميدان امواج

Meteorology jurnal 1994-1995

Radio Meteorology