Το εξωτερικό μέρος της ατμόσφαιρας της γης ονομάζεται. Στρατόσφαιρα - τι είναι; Ύψος στρατόσφαιρας
Η ατμόσφαιρα άρχισε να σχηματίζεται μαζί με το σχηματισμό της Γης. Κατά την εξέλιξη του πλανήτη και όσο πλησιάζουν οι παράμετροί του σύγχρονες αξίεςυπήρξαν θεμελιώδεις ποιοτικές αλλαγές στη χημική του σύνθεση και στις φυσικές του ιδιότητες. Σύμφωνα με το εξελικτικό μοντέλο, σε πρώιμο στάδιο, η Γη ήταν σε λιωμένη κατάσταση και σχηματίστηκε ως στερεό σώμα πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό το ορόσημο λαμβάνεται ως η αρχή της γεωλογικής χρονολογίας. Από τότε άρχισε η αργή εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Ορισμένες γεωλογικές διεργασίες (για παράδειγμα, εκροές λάβας κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων) συνοδεύτηκαν από την απελευθέρωση αερίων από τα έγκατα της Γης. Περιλάμβαναν άζωτο, αμμωνία, μεθάνιο, υδρατμούς, οξείδιο του CO2 και διοξείδιο του άνθρακα CO2. Υπό την επίδραση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, οι υδρατμοί αποσυντέθηκαν σε υδρογόνο και οξυγόνο, αλλά το απελευθερωμένο οξυγόνο αντέδρασε με το μονοξείδιο του άνθρακα, σχηματίζοντας διοξείδιο του άνθρακα. Η αμμωνία αποσυντίθεται σε άζωτο και υδρογόνο. Το υδρογόνο στη διαδικασία της διάχυσης ανέβηκε και έφυγε από την ατμόσφαιρα, ενώ το βαρύτερο άζωτο δεν μπορούσε να διαφύγει και συσσωρεύτηκε σταδιακά, καθιστώντας το κύριο συστατικό, αν και μέρος του δεσμεύτηκε σε μόρια ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων ( εκ. ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ). Υπό την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων και των ηλεκτρικών εκκενώσεων, ένα μείγμα αερίων που υπάρχουν στην αρχική ατμόσφαιρα της Γης εισήλθε σε χημικές αντιδράσεις, ως αποτέλεσμα των οποίων σχηματίστηκαν οργανικές ουσίες, ιδιαίτερα αμινοξέα. Με την έλευση των πρωτόγονων φυτών ξεκίνησε η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση οξυγόνου. Αυτό το αέριο, ειδικά μετά τη διάχυση στην ανώτερη ατμόσφαιρα, άρχισε να προστατεύει τα κατώτερα στρώματά του και την επιφάνεια της Γης από την επικίνδυνη για τη ζωή υπεριώδη ακτινοβολία και ακτινοβολία ακτίνων Χ. Σύμφωνα με θεωρητικές εκτιμήσεις, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο, η οποία είναι 25.000 φορές χαμηλότερη από τώρα, θα μπορούσε ήδη να οδηγήσει στο σχηματισμό μιας στιβάδας του όζοντος με μόνο τη μισή ποσότητα από αυτήν που είναι τώρα. Ωστόσο, αυτό είναι ήδη αρκετό για να παρέχει μια πολύ σημαντική προστασία των οργανισμών από τις καταστροφικές επιπτώσεις των υπεριωδών ακτίνων.
Είναι πιθανό ότι η πρωτογενής ατμόσφαιρα περιείχε πολύ διοξείδιο του άνθρακα. Καταναλώθηκε κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης και η συγκέντρωσή του πρέπει να μειώθηκε καθώς εξελισσόταν ο φυτικός κόσμος και επίσης λόγω της απορρόφησης κατά τη διάρκεια ορισμένων γεωλογικές διεργασίες. Επειδή η Το φαινόμενο του θερμοκηπίουπου συνδέονται με την παρουσία διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, οι διακυμάνσεις στη συγκέντρωσή του είναι μια από τις σημαντικές αιτίες τόσο μεγάλης κλίμακας κλιματικών αλλαγών στην ιστορία της Γης, όπως π.χ. εποχές των παγετώνων.
Το ήλιο που υπάρχει στη σύγχρονη ατμόσφαιρα είναι ως επί το πλείστον προϊόν της ραδιενεργής διάσπασης του ουρανίου, του θορίου και του ραδίου. Αυτά τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέμπουν σωματίδια α, τα οποία είναι οι πυρήνες των ατόμων ηλίου. Δεδομένου ότι δεν σχηματίζεται ηλεκτρικό φορτίο και δεν εξαφανίζεται κατά τη ραδιενεργή διάσπαση, με το σχηματισμό κάθε σωματιδίου α, εμφανίζονται δύο ηλεκτρόνια, τα οποία, ανασυνδυαζόμενα με σωματίδια α, σχηματίζουν ουδέτερα άτομα ηλίου. Τα ραδιενεργά στοιχεία περιέχονται σε ορυκτά διασκορπισμένα στο πάχος των πετρωμάτων, έτσι ένα σημαντικό μέρος του ηλίου που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής αποσύνθεσης αποθηκεύεται σε αυτά, εξατμιζόμενο πολύ αργά στην ατμόσφαιρα. Μια ορισμένη ποσότητα ηλίου ανεβαίνει στην εξώσφαιρα λόγω της διάχυσης, αλλά λόγω της συνεχούς εισροής από την επιφάνεια της γης, ο όγκος αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα παραμένει σχεδόν αμετάβλητος. Με βάση τη φασματική ανάλυση του αστρικού φωτός και τη μελέτη των μετεωριτών, είναι δυνατό να εκτιμηθεί η σχετική αφθονία διαφόρων χημικών στοιχείων στο Σύμπαν. Η συγκέντρωση νέον στο διάστημα είναι περίπου δέκα δισεκατομμύρια φορές υψηλότερη από ό,τι στη Γη, το κρυπτόν - δέκα εκατομμύρια φορές, και το ξένο - ένα εκατομμύριο φορές. Από αυτό προκύπτει ότι η συγκέντρωση αυτών των αδρανών αερίων, που προφανώς υπήρχαν αρχικά στην ατμόσφαιρα της Γης και δεν αναπληρώθηκαν κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων, μειώθηκε πολύ, πιθανώς ακόμη και στο στάδιο της απώλειας της πρωταρχικής ατμόσφαιράς της από τη Γη. Εξαίρεση αποτελεί το αδρανές αέριο αργό, καθώς εξακολουθεί να σχηματίζεται με τη μορφή του ισοτόπου 40 Ar κατά τη διαδικασία της ραδιενεργής διάσπασης του ισοτόπου του καλίου.
Βαρομετρική κατανομή πίεσης.
Το συνολικό βάρος των ατμοσφαιρικών αερίων είναι περίπου 4,5 10 15 τόνοι. Έτσι, το «βάρος» της ατμόσφαιρας ανά μονάδα επιφάνειας, ή ατμοσφαιρική πίεση, είναι περίπου 11 t / m 2 = 1,1 kg / cm 2 στο επίπεδο της θάλασσας. Πίεση ίση με P 0 \u003d 1033,23 g / cm 2 \u003d 1013.250 mbar \u003d 760 mm Hg. Τέχνη. = 1 atm, λαμβάνεται ως η τυπική μέση ατμοσφαιρική πίεση. Για ατμόσφαιρα σε υδροστατική ισορροπία, έχουμε: δ Π= -rgd η, που σημαίνει ότι στο διάστημα των υψών από ηπριν η+δ ηλαμβάνει χώρα ισότητα μεταξύ της μεταβολής της ατμοσφαιρικής πίεσης δ Πκαι το βάρος του αντίστοιχου στοιχείου της ατμόσφαιρας με μονάδα εμβαδού, πυκνότητα r και πάχος d η.Ως αναλογία μεταξύ της πίεσης Rκαι θερμοκρασία Τχρησιμοποιείται επαρκώς εφαρμόσιμο για ατμόσφαιρα της γηςεξίσωση κατάστασης για ιδανικό αέριο με πυκνότητα r: Π= r R Τ/m, όπου m είναι το μοριακό βάρος και R = 8,3 J/(K mol) είναι η καθολική σταθερά αερίου. Στη συνέχεια d log Π= – (μ g/RT)ρε η= -βδ η= – δ η/H, όπου η κλίση πίεσης είναι σε λογαριθμική κλίμακα. Το αντίστροφο του Η πρέπει να ονομάζεται κλίμακα του ύψους της ατμόσφαιρας.
Κατά την ολοκλήρωση αυτής της εξίσωσης για μια ισοθερμική ατμόσφαιρα ( Τ= const) ή από την πλευρά του, όπου μια τέτοια προσέγγιση είναι αποδεκτή, προκύπτει ο βαρομετρικός νόμος της κατανομής της πίεσης με το ύψος: Π = Π 0 exp(- η/H 0), όπου η ένδειξη ύψους ηπαράγεται από το επίπεδο του ωκεανού, όπου είναι η τυπική μέση πίεση Π 0 . Εκφραση H 0=R Τ/ mg, ονομάζεται η κλίμακα ύψους, η οποία χαρακτηρίζει την έκταση της ατμόσφαιρας, με την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία σε αυτήν είναι η ίδια παντού (ισόθερμη ατμόσφαιρα). Εάν η ατμόσφαιρα δεν είναι ισοθερμική, τότε είναι απαραίτητο να ενσωματωθεί λαμβάνοντας υπόψη την αλλαγή της θερμοκρασίας με το ύψος και την παράμετρο H- κάποιο τοπικό χαρακτηριστικό των στρωμάτων της ατμόσφαιρας, ανάλογα με τη θερμοκρασία τους και τις ιδιότητες του μέσου.
Διεθνής πρότυπος ατμόσφαιρα.
Μοντέλο (πίνακας τιμών των κύριων παραμέτρων) που αντιστοιχεί στην τυπική πίεση στη βάση της ατμόσφαιρας R 0 και η χημική σύνθεση ονομάζεται τυπική ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα υπό όρους μοντέλο της ατμόσφαιρας, για το οποίο δίνονται οι μέσες τιμές για το γεωγραφικό πλάτος 45° 32° 33І για τη θερμοκρασία, την πίεση, την πυκνότητα, το ιξώδες και άλλα χαρακτηριστικά του αέρα σε υψόμετρα από 2 km κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας της γης. Οι παράμετροι της μεσαίας ατμόσφαιρας σε όλα τα υψόμετρα υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την εξίσωση ιδανικού αερίου κατάστασης και τον βαρομετρικό νόμο υποθέτοντας ότι στο επίπεδο της θάλασσας η πίεση είναι 1013,25 hPa (760 mmHg) και η θερμοκρασία είναι 288,15 Κ (15,0°C). Σύμφωνα με τη φύση της κατακόρυφης κατανομής της θερμοκρασίας, η μέση ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα, σε καθένα από τα οποία η θερμοκρασία προσεγγίζεται με μια γραμμική συνάρτηση ύψους. Στο χαμηλότερο από τα στρώματα - την τροπόσφαιρα (h Ј 11 km), η θερμοκρασία πέφτει κατά 6,5 ° C με κάθε χιλιόμετρο ανάβασης. Επί μεγάλα υψόμετραη τιμή και το πρόσημο της κατακόρυφης διαβάθμισης θερμοκρασίας αλλάζουν από στρώμα σε στρώμα. Πάνω από 790 km, η θερμοκρασία είναι περίπου 1000 K και πρακτικά δεν αλλάζει με το ύψος.
Η τυπική ατμόσφαιρα είναι ένα περιοδικά ενημερωμένο, νομιμοποιημένο πρότυπο, που εκδίδεται με τη μορφή πινάκων.
| Τραπέζι 1. ΠΡΟΤΥΠΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ. Ο πίνακας δείχνει: η- ύψος από το επίπεδο της θάλασσας, R- πίεση, Τ– θερμοκρασία, r – πυκνότητα, Νείναι ο αριθμός των μορίων ή των ατόμων ανά μονάδα όγκου, H- κλίμακα ύψους, μεγάλοείναι το μήκος της ελεύθερης διαδρομής. Η πίεση και η θερμοκρασία σε υψόμετρο 80–250 km, που λαμβάνονται από δεδομένα πυραύλων, έχουν χαμηλότερες τιμές. Οι προεκτεινόμενες τιμές για ύψη μεγαλύτερα από 250 km δεν είναι πολύ ακριβείς. | ||||||
| η(χλμ) | Π(mbar) | Τ(°C) | r (g / cm 3) | Ν(cm -3) | H(χλμ) | μεγάλο(εκ) |
| 0 | 1013 | 288 | 1,22 10 -3 | 2,55 10 19 | 8,4 | 7,4 10 -6 |
| 1 | 899 | 281 | 1,11 10 -3 | 2,31 10 19 | 8,1 10 -6 | |
| 2 | 795 | 275 | 1,01 10 -3 | 2,10 10 19 | 8,9 10 -6 | |
| 3 | 701 | 268 | 9,1 10 -4 | 1,89 10 19 | 9,9 10 -6 | |
| 4 | 616 | 262 | 8,2 10 -4 | 1,70 10 19 | 1,1 10 -5 | |
| 5 | 540 | 255 | 7,4 10 -4 | 1,53 10 19 | 7,7 | 1,2 10 -5 |
| 6 | 472 | 249 | 6,6 10 -4 | 1,37 10 19 | 1,4 10 -5 | |
| 8 | 356 | 236 | 5,2 10 -4 | 1,09 10 19 | 1,7 10 -5 | |
| 10 | 264 | 223 | 4,1 10 -4 | 8,6 10 18 | 6,6 | 2,2 10 -5 |
| 15 | 121 | 214 | 1,93 10 -4 | 4,0 10 18 | 4,6 10 -5 | |
| 20 | 56 | 214 | 8,9 10 -5 | 1,85 10 18 | 6,3 | 1,0 10 -4 |
| 30 | 12 | 225 | 1,9 10 -5 | 3,9 10 17 | 6,7 | 4,8 10 -4 |
| 40 | 2,9 | 268 | 3,9 10 -6 | 7,6 10 16 | 7,9 | 2,4 10 -3 |
| 50 | 0,97 | 276 | 1,15 10 -6 | 2,4 10 16 | 8,1 | 8,5 10 -3 |
| 60 | 0,28 | 260 | 3,9 10 -7 | 7,7 10 15 | 7,6 | 0,025 |
| 70 | 0,08 | 219 | 1,1 10 -7 | 2,5 10 15 | 6,5 | 0,09 |
| 80 | 0,014 | 205 | 2,7 10 -8 | 5,0 10 14 | 6,1 | 0,41 |
| 90 | 2,8 10 -3 | 210 | 5,0 10 -9 | 9 10 13 | 6,5 | 2,1 |
| 100 | 5,8 10 -4 | 230 | 8,8 10 -10 | 1,8 10 13 | 7,4 | 9 |
| 110 | 1,7 10 -4 | 260 | 2,1 10 –10 | 5,4 10 12 | 8,5 | 40 |
| 120 | 6 10 -5 | 300 | 5,6 10 -11 | 1,8 10 12 | 10,0 | 130 |
| 150 | 5 10 -6 | 450 | 3,2 10 -12 | 9 10 10 | 15 | 1,8 10 3 |
| 200 | 5 10 -7 | 700 | 1,6 10 -13 | 5 10 9 | 25 | 3 10 4 |
| 250 | 9 10 -8 | 800 | 3 10 -14 | 8 10 8 | 40 | 3 10 5 |
| 300 | 4 10 -8 | 900 | 8 10 -15 | 3 10 8 | 50 | |
| 400 | 8 10 -9 | 1000 | 1 10 –15 | 5 10 7 | 60 | |
| 500 | 2 10 -9 | 1000 | 2 10 -16 | 1 10 7 | 70 | |
| 700 | 2 10 –10 | 1000 | 2 10 -17 | 1 10 6 | 80 | |
| 1000 | 1 10 –11 | 1000 | 1 10 -18 | 1 10 5 | 80 | |
Τροποσφαίρα.
Το χαμηλότερο και πυκνότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, στο οποίο η θερμοκρασία μειώνεται γρήγορα με το ύψος, ονομάζεται τροπόσφαιρα. Περιέχει έως και το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας και εκτείνεται σε πολικά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη μέχρι ύψη 8–10 km, και στις τροπικές περιοχές μέχρι 16–18 km. Σχεδόν όλες οι διεργασίες σχηματισμού καιρού αναπτύσσονται εδώ, πραγματοποιείται ανταλλαγή θερμότητας και υγρασίας μεταξύ της Γης και της ατμόσφαιράς της, σχηματίζονται σύννεφα, διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα, σημειώνεται ομίχλη και βροχόπτωση. Αυτά τα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας βρίσκονται σε συναγωγική ισορροπία και, λόγω της ενεργού ανάμειξης, έχουν ομοιόμορφη χημική σύνθεση, κυρίως από μοριακό άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Η συντριπτική πλειοψηφία των φυσικών και ανθρωπογενών ατμοσφαιρικών ρύπων αεροζόλ και αερίων συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα. Η δυναμική του κάτω τμήματος της τροπόσφαιρας πάχους έως 2 km εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες της υποκείμενης επιφάνειας της Γης, η οποία καθορίζει τις οριζόντιες και κάθετες κινήσεις του αέρα (άνεμοι) λόγω της μεταφοράς θερμότητας από μια θερμότερη γη μέσω την ακτινοβολία IR της επιφάνειας της γης, η οποία απορροφάται στην τροπόσφαιρα, κυρίως από ατμούς νερού και διοξείδιο του άνθρακα (φαινόμενο του θερμοκηπίου). Η κατανομή θερμοκρασίας με το ύψος καθορίζεται ως αποτέλεσμα τυρβώδους και συναγωγής ανάμειξης. Κατά μέσο όρο, αντιστοιχεί σε πτώση της θερμοκρασίας με ύψος περίπου 6,5 K/km.
Η ταχύτητα του ανέμου στο επιφανειακό οριακό στρώμα αυξάνεται αρχικά γρήγορα με το ύψος και υψηλότερα συνεχίζει να αυξάνεται κατά 2–3 km/s ανά χιλιόμετρο. Μερικές φορές στην τροπόσφαιρα υπάρχουν στενά πλανητικά ρεύματα (με ταχύτητα μεγαλύτερη από 30 km / s), δυτικά σε μεσαία γεωγραφικά πλάτη και ανατολικά κοντά στον ισημερινό. Ονομάζονται jet streams.
τροπόπαυση.
Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας (τροπόπαυση), η θερμοκρασία φτάνει την ελάχιστη τιμή της για την κατώτερη ατμόσφαιρα. Αυτό είναι το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας πάνω από αυτό. Το πάχος της τροπόπαυσης είναι από εκατοντάδες μέτρα έως 1,5–2 km, και η θερμοκρασία και το υψόμετρο, αντίστοιχα, κυμαίνονται από 190 έως 220 K και από 8 έως 18 km, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή. Σε εύκρατα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, το χειμώνα είναι 1-2 km χαμηλότερα από το καλοκαίρι και 8-15 K θερμότερο. Στις τροπικές περιοχές, οι εποχιακές αλλαγές είναι πολύ λιγότερες (υψόμετρο 16–18 km, θερμοκρασία 180–200 K). Πάνω από αεριωθούμενα ρεύματαπιθανή ρήξη της τροπόπαυσης.
Νερό στην ατμόσφαιρα της Γης.
Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της ατμόσφαιρας της Γης είναι η παρουσία σημαντικής ποσότητας υδρατμών και νερού σε μορφή σταγονιδίων, η οποία παρατηρείται πιο εύκολα με τη μορφή νεφών και δομών νεφών. Ο βαθμός κάλυψης σύννεφων του ουρανού (σε μια ορισμένη στιγμή ή κατά μέσο όρο σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο), εκφρασμένος σε μια κλίμακα 10 βαθμών ή ως ποσοστό, ονομάζεται συννεφιά. Το σχήμα των νεφών καθορίζεται από τη διεθνή ταξινόμηση. Κατά μέσο όρο, τα σύννεφα καλύπτουν περίπου το ήμισυ του πλανήτη. Η συννεφιά είναι ένας σημαντικός παράγοντας που χαρακτηρίζει τον καιρό και το κλίμα. Το χειμώνα και τη νύχτα, η συννεφιά εμποδίζει τη μείωση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης και του επιφανειακού στρώματος του αέρα, το καλοκαίρι και κατά τη διάρκεια της ημέρας εξασθενεί τη θέρμανση της επιφάνειας της γης από τις ακτίνες του ήλιου, μαλακώνοντας το κλίμα εντός των ηπείρων.
σύννεφα.
Τα σύννεφα είναι συσσωρεύσεις σταγονιδίων νερού που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα (σύννεφα νερού), κρυστάλλους πάγου (σύννεφα πάγου) ή και των δύο (μικτά σύννεφα). Καθώς οι σταγόνες και οι κρύσταλλοι γίνονται μεγαλύτεροι, πέφτουν από τα σύννεφα με τη μορφή βροχοπτώσεων. Τα σύννεφα σχηματίζονται κυρίως στην τροπόσφαιρα. Προκύπτουν από τη συμπύκνωση υδρατμών που περιέχονται στον αέρα. Η διάμετρος των σταγόνων σύννεφων είναι της τάξης πολλών μικρών. Η περιεκτικότητα σε υγρό νερό στα σύννεφα είναι από κλάσματα έως αρκετά γραμμάρια ανά m3. Τα σύννεφα διακρίνονται κατά ύψος: Σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση, υπάρχουν 10 γένη νεφών: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, stratonimbus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.
Νέφη από μαργαριτάρι παρατηρούνται επίσης στη στρατόσφαιρα και νυχτερινά νέφη στη μεσόσφαιρα.
Cirrus σύννεφα - διαφανή σύννεφα με τη μορφή λεπτών λευκών νημάτων ή πέπλων με μεταξένια λάμψη, που δεν δίνουν σκιά. Τα σύννεφα Cirrus αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου και σχηματίζονται στην ανώτερη τροπόσφαιρα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Μερικοί τύποι νεφών κίρρου χρησιμεύουν ως προάγγελοι των καιρικών αλλαγών.
Τα σύννεφα Cirrocumulus είναι κορυφογραμμές ή στρώματα λεπτών λευκών νεφών στην ανώτερη τροπόσφαιρα. Τα σύννεφα Cirrocumulus είναι κατασκευασμένα από μικρά στοιχεία που μοιάζουν με νιφάδες, κυματισμούς, μικρές μπάλες χωρίς σκιές και αποτελούνται κυρίως από κρυστάλλους πάγου.
Σύννεφα Cirrostratus - ένα υπόλευκο ημιδιαφανές πέπλο στην άνω τροπόσφαιρα, συνήθως ινώδες, μερικές φορές θολό, που αποτελείται από μικρούς κρυστάλλους πάγου με βελόνα ή στήλη.
Τα σύννεφα Altocumulus είναι λευκά, γκρίζα ή λευκά γκρι σύννεφα των κατώτερων και μεσαίων στρωμάτων της τροπόσφαιρας. Τα σύννεφα αλτοσωρεύσεως μοιάζουν με στρώματα και κορυφογραμμές, σαν να είναι κατασκευασμένα από πλάκες που βρίσκονται το ένα πάνω από το άλλο, στρογγυλεμένες μάζες, άξονες, νιφάδες. Τα σύννεφα αλτοσώρευσης σχηματίζονται κατά τη διάρκεια έντονης συναγωγικής δραστηριότητας και συνήθως αποτελούνται από υπερψυγμένα σταγονίδια νερού.
Τα σύννεφα Altostratus είναι γκριζωπά ή μπλε σύννεφα ινώδους ή ομοιόμορφης δομής. Τα σύννεφα Altostratus παρατηρούνται στη μέση τροπόσφαιρα, που εκτείνονται αρκετά χιλιόμετρα σε ύψος και μερικές φορές χιλιάδες χιλιόμετρα σε οριζόντια κατεύθυνση. Συνήθως, τα σύννεφα altostratus αποτελούν μέρος των συστημάτων μετωπικού νέφους που σχετίζονται με ανοδικές κινήσεις των μαζών αέρα.
Σύννεφα Nimbostratus - ένα χαμηλό (από 2 km και πάνω) άμορφο στρώμα νεφών ομοιόμορφου γκρι χρώματος, που προκαλεί συννεφιά ή χιόνι. Τα σύννεφα Nimbostratus - πολύ ανεπτυγμένα κατακόρυφα (έως αρκετά χιλιόμετρα) και οριζόντια (αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα), αποτελούνται από υπερψυγμένες σταγόνες νερού αναμεμειγμένες με νιφάδες χιονιού, που συνήθως συνδέονται με ατμοσφαιρικά μέτωπα.
Σύννεφα Stratus - σύννεφα της κατώτερης βαθμίδας με τη μορφή ομοιογενούς στρώματος χωρίς συγκεκριμένα περιγράμματα, γκρι χρώματος. Το ύψος των νεφών του στρώματος πάνω από την επιφάνεια της γης είναι 0,5–2 km. Περιστασιακά ψιλόβροχο πέφτει από σύννεφα στρώματος.
Τα σωρευτικά σύννεφα είναι πυκνά, φωτεινά λευκά σύννεφα κατά τη διάρκεια της ημέρας με σημαντική κατακόρυφη ανάπτυξη (έως 5 km ή περισσότερο). Τα ανώτερα μέρη των νεφών σωρευμάτων μοιάζουν με θόλους ή πύργους με στρογγυλεμένα περιγράμματα. Τα σωρευτικά σύννεφα σχηματίζονται συνήθως ως σύννεφα μεταφοράς σε ψυχρές μάζες αέρα.
Σύννεφα Stratocumulus - χαμηλά (κάτω από 2 km) σύννεφα με τη μορφή γκρίζων ή λευκών μη ινωδών στρωμάτων ή κορυφογραμμών στρογγυλών μεγάλων τεμαχίων. Το κατακόρυφο πάχος των νεφών της στρωματοσώρευσης είναι μικρό. Περιστασιακά, τα σύννεφα της στρατοσωρίδας δίνουν ελαφρά βροχόπτωση.
Τα σωρευτικά σύννεφα είναι ισχυρά και πυκνά νέφη με έντονη κατακόρυφη ανάπτυξη (έως και 14 χλμ. ύψος), δίνοντας έντονες βροχοπτώσεις με καταιγίδες, χαλάζι, καταιγίδες. Τα σωρευτικά σύννεφα αναπτύσσονται από ισχυρά σωρευτικά σύννεφα, που διαφέρουν από αυτά μπλουζαπου αποτελείται από κρυστάλλους πάγου.
Στρατόσφαιρα.
Μέσω της τροπόπαυσης, κατά μέσο όρο σε υψόμετρα από 12 έως 50 km, η τροπόσφαιρα περνά στη στρατόσφαιρα. Στο κάτω μέρος, για περίπου 10 χλμ., δηλ. μέχρι ύψη περίπου 20 km, είναι ισόθερμο (θερμοκρασία περίπου 220 K). Στη συνέχεια αυξάνεται με το υψόμετρο, φτάνοντας το μέγιστο περίπου 270 K σε υψόμετρο 50–55 km. Εδώ είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της υπερκείμενης μεσόσφαιρας, που ονομάζεται στρατόπαυση. .
Υπάρχουν πολύ λιγότεροι υδρατμοί στη στρατόσφαιρα. Ωστόσο, κατά καιρούς παρατηρούνται λεπτά ημιδιαφανή σύννεφα από μαργαριτάρι, που κατά καιρούς εμφανίζονται στη στρατόσφαιρα σε ύψος 20–30 km. Τα σύννεφα από μαργαριτάρι είναι ορατά στον σκοτεινό ουρανό μετά τη δύση του ηλίου και πριν από την ανατολή του ηλίου. Σε σχήμα, τα σύννεφα από φίλντισι μοιάζουν με σύννεφα cirrus και cirrocumulus.
Μέση ατμόσφαιρα (μεσόσφαιρα).
Σε υψόμετρο περίπου 50 χιλιομέτρων, η μεσόσφαιρα ξεκινά με την κορυφή μιας ευρείας μέγιστης θερμοκρασίας. . Ο λόγος για την αύξηση της θερμοκρασίας στην περιοχή αυτού του μέγιστου είναι μια εξώθερμη (δηλαδή, που συνοδεύεται από την απελευθέρωση θερμότητας) φωτοχημική αντίδραση αποσύνθεσης του όζοντος: O 3 + hv® O 2 + O. Το όζον προκύπτει ως αποτέλεσμα της φωτοχημικής αποσύνθεσης του μοριακού οξυγόνου O 2
Περίπου 2+ hv® O + O και η επακόλουθη αντίδραση μιας τριπλής σύγκρουσης ενός ατόμου και ενός μορίου οξυγόνου με κάποιο τρίτο μόριο Μ.
O + O 2 + M ® O 3 + M
Το όζον απορροφά άπληστα την υπεριώδη ακτινοβολία στην περιοχή από 2000 έως 3000Å και αυτή η ακτινοβολία θερμαίνει την ατμόσφαιρα. Το όζον, που βρίσκεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, χρησιμεύει ως ένα είδος ασπίδας που μας προστατεύει από τη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο. Χωρίς αυτή την ασπίδα, η ανάπτυξη της ζωής στη Γη σε αυτήν σύγχρονες μορφέςδύσκολα θα ήταν δυνατό.
Γενικά, σε όλη τη μεσόσφαιρα, η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας μειώνεται στην ελάχιστη τιμή της περίπου 180 K στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας (ονομάζεται μεσόπαυση, το ύψος είναι περίπου 80 km). Στην περιοχή της μεσόπαυσης, σε υψόμετρα 70–90 km, μπορεί να εμφανιστεί ένα πολύ λεπτό στρώμα κρυστάλλων πάγου και σωματιδίων ηφαιστειακής και μετεωριτικής σκόνης, που παρατηρείται με τη μορφή ενός πανέμορφου θεάματος από νυχτερινά σύννεφα. λίγο μετά τη δύση του ηλίου.
Στη μεσόσφαιρα, ως επί το πλείστον, καίγονται μικρά στερεά σωματίδια μετεωρίτη που πέφτουν στη Γη, προκαλώντας το φαινόμενο των μετεωριτών.
Μετεωρίτες, μετεωρίτες και βολίδες.
Οι εκλάμψεις και άλλα φαινόμενα στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης που προκαλούνται από την εισβολή σε αυτήν με ταχύτητα 11 km / s και πάνω από στερεά κοσμικά σωματίδια ή σώματα ονομάζονται μετεωροειδή. Παρατηρείται ένα φωτεινό μονοπάτι μετεωριτών. ονομάζονται τα πιο ισχυρά φαινόμενα, που συχνά συνοδεύονται από πτώση μετεωριτών βολίδες; οι μετεωρίτες συνδέονται με βροχές μετεωριτών.
βροχή μετεωριτών:
1) το φαινόμενο πολλαπλών μετεωριτών πέφτει σε αρκετές ώρες ή ημέρες από ένα ακτινοβόλο.
2) ένα σμήνος μετεωροειδών που κινούνται σε μια τροχιά γύρω από τον Ήλιο.
Η συστηματική εμφάνιση μετεωριτών σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού και ορισμένες ημέρες του έτους, που προκαλείται από τη διασταύρωση της τροχιάς της Γης με μια κοινή τροχιά πολλών σωμάτων μετεωριτών που κινούνται με περίπου τις ίδιες και ίσες ταχύτητες, λόγω της οποίας μονοπάτια στον ουρανό φαίνονται να βγαίνουν από ένα κοινό σημείο (ακτινοβόλο) . Ονομάζονται από τον αστερισμό όπου βρίσκεται το ακτινοβόλο.
Οι βροχές μετεωριτών προκαλούν βαθιά εντύπωση με τα φωτιστικά τους εφέ, αλλά μεμονωμένοι μετεωρίτες σπάνια παρατηρούνται. Πολύ περισσότεροι είναι οι αόρατοι μετεωρίτες, πολύ μικροί για να φαίνονται τη στιγμή που καταπίνονται από την ατμόσφαιρα. Μερικοί από τους μικρότερους μετεωρίτες πιθανώς δεν θερμαίνονται καθόλου, αλλά συλλαμβάνονται μόνο από την ατμόσφαιρα. Αυτά τα μικρά σωματίδια που κυμαίνονται σε μέγεθος από μερικά χιλιοστά έως δέκα χιλιοστά του χιλιοστού ονομάζονται μικρομετεωρίτες. Η ποσότητα της καθημερινής εισόδου στην ατμόσφαιρα μετεωρική ύληκυμαίνεται από 100 έως 10.000 τόνους, με το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ύλης να είναι μικρομετεωρίτες.
Δεδομένου ότι η μετεωρική ύλη καίγεται μερικώς στην ατμόσφαιρα, η σύνθεση αερίου της αναπληρώνεται με ίχνη διαφόρων χημικών στοιχείων. Για παράδειγμα, οι πέτρινοι μετεωρίτες φέρνουν λίθιο στην ατμόσφαιρα. Η καύση μεταλλικών μετεωριτών οδηγεί στο σχηματισμό μικροσκοπικών σφαιρικών σιδήρου, σιδήρου-νικελίου και άλλων σταγονιδίων που διέρχονται από την ατμόσφαιρα και εναποτίθενται στην επιφάνεια της γης. Μπορούν να βρεθούν στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, όπου τα στρώματα πάγου παραμένουν σχεδόν αμετάβλητα για χρόνια. Οι ωκεανολόγοι τα βρίσκουν στα ιζήματα του βυθού του ωκεανού.
Τα περισσότερα απόΤα σωματίδια μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα εναποτίθενται σε περίπου 30 ημέρες. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η κοσμική σκόνη παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό ατμοσφαιρικών φαινομένων όπως η βροχή, καθώς χρησιμεύει ως πυρήνες συμπύκνωσης υδρατμών. Επομένως, θεωρείται ότι η βροχόπτωση σχετίζεται στατιστικά με μεγάλες βροχές μετεωριτών. Ωστόσο, ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι δεδομένου ότι η συνολική εισροή μετεωρικής ύλης είναι πολλές δεκάδες φορές μεγαλύτερη από ό,τι ακόμη και με τη μεγαλύτερη βροχή μετεωριτών, η αλλαγή στη συνολική ποσότητα αυτού του υλικού που προκύπτει ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας βροχής μπορεί να παραμεληθεί.
Ωστόσο, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι μεγαλύτεροι μικρομετεωρίτες και ορατοί μετεωρίτες αφήνουν μακρά ίχνη ιονισμού στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, κυρίως στην ιονόσφαιρα. Τέτοια ίχνη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ραδιοεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, καθώς αντανακλούν ραδιοκύματα υψηλής συχνότητας.
Η ενέργεια των μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα ξοδεύεται κυρίως, και ίσως ολοκληρωτικά, για τη θέρμανσή της. Αυτό είναι ένα από τα δευτερεύοντα συστατικά της θερμικής ισορροπίας της ατμόσφαιρας.
Ο μετεωρίτης είναι ένα συμπαγές σώμα φυσικής προέλευσης που έπεσε στην επιφάνεια της Γης από το διάστημα. Συνήθως διακρίνουν πέτρες, σιδερένιες πέτρες και μετεωρίτες σιδήρου. Τα τελευταία αποτελούνται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Μεταξύ των μετεωριτών που βρέθηκαν, οι περισσότεροι έχουν βάρος από πολλά γραμμάρια έως αρκετά κιλά. Ο μεγαλύτερος από αυτούς που βρέθηκαν, ο σιδερένιος μετεωρίτης Goba ζυγίζει περίπου 60 τόνους και εξακολουθεί να βρίσκεται στο ίδιο σημείο όπου ανακαλύφθηκε, Νότια Αφρική. Οι περισσότεροι μετεωρίτες είναι θραύσματα αστεροειδών, αλλά ορισμένοι μετεωρίτες μπορεί να έχουν έρθει στη Γη από τη Σελήνη και ακόμη και από τον Άρη.
Μια βολίδα είναι ένας πολύ φωτεινός μετεωρίτης, ο οποίος παρατηρείται μερικές φορές ακόμη και κατά τη διάρκεια της ημέρας, αφήνοντας συχνά πίσω του ένα ίχνος καπνού και συνοδεύεται από ηχητικά φαινόμενα. συχνά τελειώνει με την πτώση μετεωριτών.
Θερμόσφαιρα.
Πάνω από την ελάχιστη θερμοκρασία της μεσόπαυσης, αρχίζει η θερμόσφαιρα, στην οποία η θερμοκρασία, στην αρχή αργά, και μετά γρήγορα, αρχίζει να ανεβαίνει ξανά. Ο λόγος είναι η απορρόφηση της υπεριώδους, ηλιακής ακτινοβολίας σε υψόμετρα 150–300 km, λόγω του ιονισμού του ατομικού οξυγόνου: O + hv® O + + μι.
Στη θερμόσφαιρα, η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς σε ύψος περίπου 400 km, όπου φτάνει τους 1800 K κατά τη διάρκεια της ημέρας κατά την εποχή της μέγιστης ηλιακής δραστηριότητας. Στην εποχή της ελάχιστης, αυτή η οριακή θερμοκρασία μπορεί να είναι μικρότερη από 1000 K. Πάνω από 400 km, η ατμόσφαιρα περνά σε μια ισόθερμη εξώσφαιρα. Το κρίσιμο επίπεδο (η βάση της εξώσφαιρας) βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 500 km.
Σέλας και πολλές τροχιές τεχνητούς δορυφόρους, καθώς και τα νυχτερινά σύννεφα - όλα αυτά τα φαινόμενα συμβαίνουν στη μεσόσφαιρα και τη θερμόσφαιρα.
Πολικά φώτα.
Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια αναταραχών μαγνητικό πεδίοπαρατηρούνται πολικά φώτα. Μπορεί να διαρκέσουν για αρκετά λεπτά, αλλά συχνά είναι ορατά για αρκετές ώρες. Τα σέλας ποικίλλουν πολύ σε σχήμα, χρώμα και ένταση, τα οποία μερικές φορές αλλάζουν πολύ γρήγορα με την πάροδο του χρόνου. Το φάσμα σέλας αποτελείται από γραμμές και ζώνες εκπομπής. Μερικές από τις εκπομπές από τον νυχτερινό ουρανό ενισχύονται στο φάσμα του σέλας, κυρίως οι πράσινες και κόκκινες γραμμές l 5577 Å και l 6300 Å οξυγόνου. Συμβαίνει ότι μία από αυτές τις γραμμές είναι πολλές φορές πιο έντονη από την άλλη και αυτό καθορίζει το ορατό χρώμα της λάμψης: πράσινο ή κόκκινο. Οι διαταραχές στο μαγνητικό πεδίο συνοδεύονται επίσης από διαταραχές στις ραδιοεπικοινωνίες στις πολικές περιοχές. Η διαταραχή προκαλείται από αλλαγές στην ιονόσφαιρα, πράγμα που σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια των μαγνητικών καταιγίδων λειτουργεί μια ισχυρή πηγή ιονισμού. Έχει διαπιστωθεί ότι ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες συμβαίνουν παρουσία κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκου μεγάλες ομάδεςκηλίδες. Οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι οι καταιγίδες δεν συνδέονται με τα ίδια τα σημεία, αλλά με τις ηλιακές εκλάμψεις που εμφανίζονται κατά την ανάπτυξη μιας ομάδας κηλίδων.
Τα σέλας είναι μια σειρά φωτός ποικίλης έντασης με γρήγορες κινήσεις που παρατηρούνται στις περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους της Γης. Το οπτικό σέλας περιέχει πράσινες (5577Å) και κόκκινες (6300/6364Å) γραμμές εκπομπής ατομικού οξυγόνου και μοριακές ζώνες N 2, οι οποίες διεγείρονται από ενεργητικά σωματίδια ηλιακής και μαγνητοσφαιρικής προέλευσης. Αυτές οι εκπομπές συνήθως εμφανίζονται σε υψόμετρο περίπου 100 km και άνω. Ο όρος οπτικό σέλας χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στα οπτικά σέλας και στο φάσμα εκπομπής υπέρυθρων προς υπεριώδη ακτινοβολία. Η ενέργεια ακτινοβολίας στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος υπερβαίνει σημαντικά την ενέργεια της ορατής περιοχής. Όταν εμφανίστηκαν σέλας, παρατηρήθηκαν εκπομπές στην περιοχή ULF (
Οι πραγματικές μορφές σέλας είναι δύσκολο να ταξινομηθούν. Οι παρακάτω όροι χρησιμοποιούνται συχνότερα:
1. Ήρεμα ομοιόμορφα τόξα ή ρίγες. Το τόξο συνήθως εκτείνεται για ~1000 km προς την κατεύθυνση του γεωμαγνητικού παραλλήλου (προς τον Ήλιο στις πολικές περιοχές) και έχει πλάτος από ένα έως αρκετές δεκάδες χιλιόμετρα. Μια λωρίδα είναι μια γενίκευση της έννοιας του τόξου, συνήθως δεν έχει κανονικό τοξοειδές σχήμα, αλλά κάμπτεται με τη μορφή S ή με τη μορφή σπειρών. Τα τόξα και οι ζώνες βρίσκονται σε υψόμετρα 100–150 km.
2. Ακτίνες σέλας . Αυτός ο όρος αναφέρεται σε μια δομή σέλας που εκτείνεται κατά μήκος των γραμμών μαγνητικού πεδίου με κατακόρυφη επέκταση από αρκετές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Το μήκος των ακτίνων κατά μήκος της οριζόντιας είναι μικρό, από αρκετές δεκάδες μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα. Οι ακτίνες παρατηρούνται συνήθως σε τόξα ή ως ξεχωριστές δομές.
3. Λεκέδες ή επιφάνειες . Πρόκειται για μεμονωμένες περιοχές λάμψης που δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα. Τα μεμονωμένα σημεία μπορεί να σχετίζονται.
4. Πέπλο. ασυνήθιστο σχήμα aurora, η οποία είναι μια ομοιόμορφη λάμψη που καλύπτει μεγάλες περιοχές του ουρανού.
Σύμφωνα με τη δομή, τα σέλας χωρίζονται σε ομοιογενή, γυαλιστερά και λαμπερά. Χρησιμοποιούνται διάφοροι όροι. παλλόμενο τόξο, παλλόμενη επιφάνεια, διάχυτη επιφάνεια, λαμπερή λωρίδα, κουρτίνα κ.λπ. Υπάρχει μια ταξινόμηση των σέλας ανάλογα με το χρώμα τους. Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, σέλας του τύπου ΕΝΑ. Το πάνω μέρος ή εντελώς είναι κόκκινο (6300–6364 Å). Εμφανίζονται συνήθως σε υψόμετρα 300–400 km κατά τη διάρκεια υψηλής γεωμαγνητικής δραστηριότητας.
Τύπος Aurora ΣΕχρωματίζονται κόκκινο στο κάτω μέρος και σχετίζονται με τη φωταύγεια των ταινιών του πρώτου θετικού συστήματος N 2 και του πρώτου αρνητικού συστήματος O 2. Τέτοιες μορφές σέλας εμφανίζονται κατά τις πιο ενεργές φάσεις του σέλας.
Ζώνες σέλας – Πρόκειται για ζώνες μέγιστης συχνότητας εμφάνισης σέλας τη νύχτα, σύμφωνα με παρατηρητές σε ένα σταθερό σημείο στην επιφάνεια της Γης. Οι ζώνες βρίσκονται σε 67° βόρειο και νότιο γεωγραφικό πλάτος και το πλάτος τους είναι περίπου 6°. Η μέγιστη εμφάνιση σέλας που αντιστοιχεί σε παρούσα στιγμήγεωμαγνητική τοπική ώρα, εμφανίζεται σε ωοειδείς ζώνες (aurora oval), οι οποίες βρίσκονται ασύμμετρα γύρω από τους βόρειους και νότιους γεωμαγνητικούς πόλους. Το οβάλ σέλας είναι σταθερό σε συντεταγμένες γεωγραφικού πλάτους-χρόνου και η ζώνη σέλας είναι ο τόπος των σημείων στη μεταμεσονύκτια περιοχή του οβάλ σε συντεταγμένες γεωγραφικού μήκους. Η οβάλ ζώνη βρίσκεται περίπου 23° από τον γεωμαγνητικό πόλο στον τομέα της νύχτας και 15° στον τομέα της ημέρας.
Ζώνες οβάλ και σέλας.Η θέση του οβάλ σέλας εξαρτάται από τη γεωμαγνητική δραστηριότητα. Το οβάλ γίνεται ευρύτερο σε υψηλή γεωμαγνητική δραστηριότητα. Οι ζώνες σέλας ή τα οβάλ όρια του σέλας αντιπροσωπεύονται καλύτερα από το L 6.4 παρά με τις συντεταγμένες διπόλων. Οι γραμμές γεωμαγνητικού πεδίου στο όριο του ημερήσιου τομέα του οβάλ σέλας συμπίπτουν με μαγνητόπαυση.Υπάρχει μια αλλαγή στη θέση του οβάλ σέλας ανάλογα με τη γωνία μεταξύ του γεωμαγνητικού άξονα και της κατεύθυνσης Γης-Ήλιου. Το ωοειδές σέλας προσδιορίζεται επίσης με βάση δεδομένα για την καθίζηση σωματιδίων (ηλεκτρόνια και πρωτόνια) ορισμένων ενεργειών. Η θέση του μπορεί να προσδιοριστεί ανεξάρτητα από τα δεδομένα κασπάχστην ημέρα και στη μαγνητοουρά.
Η ημερήσια διακύμανση στη συχνότητα εμφάνισης σέλας στη ζώνη του σέλας έχει μέγιστο τα γεωμαγνητικά μεσάνυχτα και ένα ελάχιστο το γεωμαγνητικό μεσημέρι. Στην σχεδόν ισημερινή πλευρά του οβάλ, η συχνότητα εμφάνισης σέλας μειώνεται απότομα, αλλά το σχήμα των ημερήσιων παραλλαγών διατηρείται. Στην πολική πλευρά του οβάλ, η συχνότητα εμφάνισης σέλας μειώνεται σταδιακά και χαρακτηρίζεται από πολύπλοκες ημερήσιες αλλαγές.
Ένταση σέλας.
Ένταση Σέλας προσδιορίζεται με μέτρηση της φαινομενικής επιφάνειας φωτεινότητας. Επιφάνεια φωτεινότητας Εγώσέλας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση καθορίζεται από τη συνολική εκπομπή 4p Εγώφωτόνιο/(cm 2 s). Δεδομένου ότι αυτή η τιμή δεν είναι η πραγματική φωτεινότητα της επιφάνειας, αλλά αντιπροσωπεύει την εκπομπή από τη στήλη, το μοναδιαίο φωτόνιο/(cm 2 στήλη s) χρησιμοποιείται συνήθως στη μελέτη των σέλας. Η συνήθης μονάδα μέτρησης της συνολικής εκπομπής είναι το Rayleigh (Rl) ίσο με 10 6 φωτόνια / (cm 2 στήλη s). Μια πιο πρακτική μονάδα έντασης σέλας καθορίζεται από τις εκπομπές μιας γραμμής ή ζώνης. Για παράδειγμα, η ένταση των σέλας καθορίζεται από τους διεθνείς συντελεστές φωτεινότητας (ICF) σύμφωνα με τα δεδομένα έντασης της πράσινης γραμμής (5577 Å). 1 kRl = I MKH, 10 kRl = II MKH, 100 kRl = III MKH, 1000 kRl = IV MKH (μέγιστη ένταση σέλας). Αυτή η ταξινόμηση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα κόκκινα σέλας. Μία από τις ανακαλύψεις της εποχής (1957-1958) ήταν η καθιέρωση της χωρικής και χρονικής κατανομής των σέλας με τη μορφή ενός οβάλ μετατοπισμένου σε σχέση με τον μαγνητικό πόλο. Από απλές ιδέες για το κυκλικό σχήμα της κατανομής των σέλας σε σχέση με τον μαγνητικό πόλο, ολοκληρώθηκε η μετάβαση στη σύγχρονη φυσική της μαγνητόσφαιρας. Η τιμή της ανακάλυψης ανήκει στον O. Khorosheva και η εντατική ανάπτυξη των ιδεών του οβάλ σέλας πραγματοποιήθηκε από τους G. Starkov, J. Feldshtein, S. I. Akasof και ορισμένους άλλους ερευνητές. Το οβάλ σέλας είναι η περιοχή της πιο έντονης πρόσκρουσης του ηλιακού ανέμου στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Η ένταση του σέλας είναι μεγαλύτερη στο οβάλ και η δυναμική του παρακολουθείται συνεχώς από δορυφόρους.
Σταθερά κόκκινα τόξα σέλας.
Σταθερό κόκκινο τόξο σέλας, αλλιώς ονομάζεται κόκκινο τόξο μεσαίου γεωγραφικού πλάτους ή M-arc, είναι ένα υποοπτικό (κάτω από το όριο ευαισθησίας του ματιού) πλατύ τόξο, που εκτείνεται από την ανατολή προς τη δύση για χιλιάδες χιλιόμετρα και περικλείει, πιθανώς, ολόκληρη τη Γη. Η γεωγραφική έκταση του τόξου είναι 600 km. Η εκπομπή από το σταθερό κόκκινο τόξο σέλας είναι σχεδόν μονόχρωμη στις κόκκινες γραμμές l 6300 Å και l 6364 Å. Πρόσφατα, αναφέρθηκαν επίσης ασθενείς γραμμές εκπομπής l 5577 Å (OI) και l 4278 Å (N + 2). Τα επίμονα κόκκινα τόξα ταξινομούνται ως σέλας, αλλά εμφανίζονται σε πολύ μεγαλύτερα υψόμετρα. Το κάτω όριο βρίσκεται σε υψόμετρο 300 km, το ανώτερο όριο είναι περίπου 700 km. Η ένταση του ήσυχου κόκκινου τόξου σέλας στην εκπομπή l 6300 Å κυμαίνεται από 1 έως 10 kRl (μια τυπική τιμή είναι 6 kRl). Το κατώφλι ευαισθησίας του ματιού σε αυτό το μήκος κύματος είναι περίπου 10 kR, επομένως τα τόξα σπάνια παρατηρούνται οπτικά. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η φωτεινότητά τους είναι >50 kR στο 10% των νυχτών. Η συνήθης διάρκεια ζωής των τόξων είναι περίπου μία ημέρα και σπάνια εμφανίζονται τις επόμενες ημέρες. Τα ραδιοκύματα από δορυφόρους ή ραδιοφωνικές πηγές που διασχίζουν σταθερά κόκκινα τόξα του σέλας υπόκεινται σε σπινθηρισμούς, υποδεικνύοντας την ύπαρξη ανομοιογενειών στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων. Η θεωρητική εξήγηση των κόκκινων τόξων είναι ότι τα θερμαινόμενα ηλεκτρόνια της περιοχής φάοι ιονόσφαιρες προκαλούν αύξηση των ατόμων οξυγόνου. Οι δορυφορικές παρατηρήσεις δείχνουν μια αύξηση στη θερμοκρασία των ηλεκτρονίων κατά μήκος των γραμμών γεωμαγνητικού πεδίου που διασχίζουν σταθερά κόκκινα τόξα σέλας. Η ένταση αυτών των τόξων συσχετίζεται θετικά με τη γεωμαγνητική δραστηριότητα (καταιγίδες) και η συχνότητα εμφάνισης τόξων συσχετίζεται θετικά με τη δραστηριότητα των ηλιακών κηλίδων.
Αλλαγή σέλας.
Ορισμένες μορφές σέλας παρουσιάζουν οιονεί περιοδικές και συνεκτικές διακυμάνσεις της χρονικής έντασης. Αυτά τα σέλας, με μια σχεδόν ακίνητη γεωμετρία και γρήγορες περιοδικές μεταβολές που συμβαίνουν στη φάση, ονομάζονται μεταβαλλόμενα σέλας. Κατατάσσονται ως σέλας μορφές Rσύμφωνα με τον Διεθνή Άτλαντα του Σέλας Μια πιο λεπτομερής υποδιαίρεση των μεταβαλλόμενων σέλας:
R 1 (παλμικό σέλας) είναι μια λάμψη με ομοιόμορφες διακυμάνσεις φάσης στη φωτεινότητα σε όλη τη μορφή του σέλας. Εξ ορισμού, σε ένα ιδανικό παλλόμενο σέλας, τα χωρικά και χρονικά μέρη του παλμού μπορούν να διαχωριστούν, δηλ. λάμψη Εγώ(r,t)= I s(r)· Ι Τ(t). Σε ένα τυπικό σέλας R 1, οι παλμοί εμφανίζονται με συχνότητα από 0,01 έως 10 Hz χαμηλής έντασης (1–2 kR). Τα περισσότερα σέλας R 1 είναι κηλίδες ή τόξα που πάλλονται με περίοδο αρκετών δευτερολέπτων.
R 2 (πύρινη αύρα). Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφέρεται σε κινήσεις όπως οι φλόγες που γεμίζουν τον ουρανό, και όχι για να περιγράψει μια ενιαία μορφή. Τα σέλας έχουν σχήμα τόξου και συνήθως κινούνται προς τα πάνω από ύψος 100 km. Αυτά τα σέλας είναι σχετικά σπάνια και εμφανίζονται πιο συχνά έξω από τα σέλας.
R 3 (τρεμοπαίζει σέλας). Πρόκειται για σέλας με γρήγορες, ακανόνιστες ή κανονικές διακυμάνσεις φωτεινότητας, δίνοντας την εντύπωση μιας φλόγας που τρεμοπαίζει στον ουρανό. Εμφανίζονται λίγο πριν την κατάρρευση του σέλας. Συχνά παρατηρούμενη συχνότητα μεταβολής R 3 ισούται με 10 ± 3 Hz.
Ο όρος ροής σέλας, που χρησιμοποιείται για μια άλλη κατηγορία παλλόμενων σέλας, αναφέρεται σε ακανόνιστες διακυμάνσεις της φωτεινότητας που κινούνται γρήγορα οριζόντια σε τόξα και ζώνες σέλας.
Το μεταβαλλόμενο σέλας είναι ένα από τα ηλιακά-γήινα φαινόμενα που συνοδεύουν τους παλμούς του γεωμαγνητικού πεδίου και την ακτινοβολία ακτίνων Χ σέλας που προκαλούνται από την κατακρήμνιση σωματιδίων ηλιακής και μαγνητοσφαιρικής προέλευσης.
Η λάμψη του πολικού πώματος χαρακτηρίζεται από υψηλή ένταση της ζώνης του πρώτου αρνητικού συστήματος N + 2 (λ 3914 Å). Συνήθως, αυτές οι ζώνες N + 2 είναι πέντε φορές πιο έντονες από την πράσινη γραμμή OI l 5577 Å· η απόλυτη ένταση της λάμψης του πολικού καλύμματος είναι από 0,1 έως 10 kRl (συνήθως 1–3 kRl). Με αυτά τα σέλας, τα οποία εμφανίζονται κατά τις περιόδους PCA, μια ομοιόμορφη λάμψη καλύπτει ολόκληρο το πολικό κάλυμμα μέχρι το γεωμαγνητικό γεωγραφικό πλάτος των 60° σε υψόμετρα από 30 έως 80 km. Παράγεται κυρίως από ηλιακά πρωτόνια και σωματίδια d με ενέργειες 10–100 MeV, που δημιουργούν ένα μέγιστο ιοντισμού σε αυτά τα ύψη. Υπάρχει ένας άλλος τύπος λάμψης στις ζώνες σέλας, που ονομάζονται σέλας μανδύας. Για αυτόν τον τύπο λάμψης σέλας, η μέγιστη ημερήσια ένταση τις πρωινές ώρες είναι 1–10 kR και η ελάχιστη ένταση είναι πέντε φορές μικρότερη. Οι παρατηρήσεις των σέλας του μανδύα είναι λίγες και η έντασή τους εξαρτάται από τη γεωμαγνητική και ηλιακή δραστηριότητα.
Ατμοσφαιρική λάμψηορίζεται ως η ακτινοβολία που παράγεται και εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Πρόκειται για τη μη θερμική ακτινοβολία της ατμόσφαιρας, με εξαίρεση την εκπομπή σέλας, τις εκκενώσεις κεραυνών και την εκπομπή μονοπατιών μετεωριτών. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται σε σχέση με την ατμόσφαιρα της γης (νυχτερινή λάμψη, λάμψη λυκόφωτος και λάμψη ημέρας). Η ατμοσφαιρική λάμψη είναι μόνο ένα κλάσμα του φωτός που είναι διαθέσιμο στην ατμόσφαιρα. Άλλες πηγές είναι το φως των αστεριών, το ζωδιακό φως και το διάσπαρτο φως της ημέρας από τον Ήλιο. Κατά καιρούς, η λάμψη της ατμόσφαιρας μπορεί να φτάσει το 40% της συνολικής ποσότητας φωτός. Η λάμψη του αέρα εμφανίζεται σε ατμοσφαιρικά στρώματα ποικίλου ύψους και πάχους. Το ατμοσφαιρικό φάσμα λάμψης καλύπτει μήκη κύματος από 1000 Å έως 22,5 μm. Η κύρια γραμμή εκπομπής στην λάμψη αέρα είναι l 5577 Å, η οποία εμφανίζεται σε ύψος 90–100 km σε ένα στρώμα πάχους 30–40 km. Η εμφάνιση της λάμψης οφείλεται στον μηχανισμό Champen που βασίζεται στον ανασυνδυασμό ατόμων οξυγόνου. Άλλες γραμμές εκπομπής είναι l 6300 Å, που εμφανίζονται στην περίπτωση ανασυνδυασμού διαχωρισμού O + 2 και εκπομπής NI l 5198/5201 Å και NI l 5890/5896 Å.
Η ένταση της ατμοσφαιρικής λάμψης μετριέται σε Rayleighs. Η φωτεινότητα (σε Rayleighs) είναι ίση με 4 rb, όπου c είναι η γωνιακή επιφάνεια της φωτεινότητας του στρώματος εκπομπής σε μονάδες 10 6 φωτονίων/(cm 2 sr s). Η ένταση λάμψης εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος (διαφορετικά για διαφορετικές εκπομπές), και επίσης ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας με μέγιστο κοντά στα μεσάνυχτα. Σημειώθηκε θετική συσχέτιση για την λάμψη αέρα στην εκπομπή l 5577 Å με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων και τη ροή της ηλιακής ακτινοβολίας σε μήκος κύματος 10,7 εκ. Η λάμψη του αέρα παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια πειραμάτων με δορυφόρους. Από το διάστημα, μοιάζει με ένα φωτεινό δακτύλιο γύρω από τη Γη και έχει ένα πρασινωπό χρώμα.
Οζονόσφαιρα.
Σε υψόμετρα 20–25 km, η μέγιστη συγκέντρωση μιας αμελητέας ποσότητας όζοντος O 3 (έως 2×10–7 της περιεκτικότητας σε οξυγόνο!), η οποία εμφανίζεται υπό τη δράση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας σε υψόμετρα περίπου 10 έως 50 km, επιτυγχάνεται προστατεύοντας τον πλανήτη από την ιονίζουσα ηλιακή ακτινοβολία. Παρά τον εξαιρετικά μικρό αριθμό μορίων του όζοντος, προστατεύουν όλη τη ζωή στη Γη από τις βλαβερές συνέπειες της ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων (υπεριώδεις και ακτίνες Χ) από τον Ήλιο. Εάν κατακρημνίσετε όλα τα μόρια στη βάση της ατμόσφαιρας, θα έχετε ένα στρώμα πάχους όχι μεγαλύτερο από 3-4 mm! Σε υψόμετρα πάνω από 100 km, η αναλογία των ελαφρών αερίων αυξάνεται και σε πολύ μεγάλα υψόμετρα κυριαρχούν το ήλιο και το υδρογόνο. πολλά μόρια διασπώνται σε ξεχωριστά άτομα, τα οποία, ιονισμένα υπό την επίδραση της σκληρής ηλιακής ακτινοβολίας, σχηματίζουν την ιονόσφαιρα. Η πίεση και η πυκνότητα του αέρα στην ατμόσφαιρα της Γης μειώνονται με το ύψος. Ανάλογα με την κατανομή της θερμοκρασίας, η ατμόσφαιρα της Γης χωρίζεται σε τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα και εξώσφαιρα. .
Σε υψόμετρο 20-25 χλμ. βρίσκεται στιβάδα του όζοντος. Το όζον σχηματίζεται λόγω της διάσπασης των μορίων οξυγόνου κατά την απορρόφηση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας με μήκη κύματος μικρότερα από 0,1–0,2 μικρά. Το ελεύθερο οξυγόνο συνδυάζεται με μόρια O 2 και σχηματίζει όζον O 3, το οποίο απορροφά λαίμαργα όλο το υπεριώδες φως μικρότερο από 0,29 μικρά. Τα μόρια του όζοντος O 3 καταστρέφονται εύκολα από την ακτινοβολία βραχέων κυμάτων. Επομένως, παρά τη σπανιότητά του, το στρώμα του όζοντος απορροφά αποτελεσματικά την υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου, η οποία έχει περάσει από τα υψηλότερα και πιο διαφανή ατμοσφαιρικά στρώματα. Χάρη σε αυτό, οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη προστατεύονται από τις βλαβερές επιπτώσεις του υπεριώδους φωτός από τον Ήλιο.
Ιονόσφαιρα.
Η ηλιακή ακτινοβολία ιονίζει τα άτομα και τα μόρια της ατμόσφαιρας. Ο βαθμός ιοντισμού γίνεται σημαντικός ήδη σε υψόμετρο 60 χιλιομέτρων και αυξάνεται σταθερά με την απόσταση από τη Γη. Σε διαφορετικά υψόμετρα στην ατμόσφαιρα, συμβαίνουν διαδοχικές διεργασίες διάστασης διαφόρων μορίων και επακόλουθο ιονισμό διαφόρων ατόμων και ιόντων. Βασικά, αυτά είναι μόρια οξυγόνου O 2, άζωτο N 2 και τα άτομά τους. Ανάλογα με την ένταση αυτών των διεργασιών, διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας που βρίσκονται πάνω από 60 χιλιόμετρα ονομάζονται στρώματα ιονόσφαιρας. , και η ολότητά τους είναι η ιονόσφαιρα . Το κατώτερο στρώμα, του οποίου ο ιονισμός είναι ασήμαντος, ονομάζεται ουδετερόσφαιρα.
Η μέγιστη συγκέντρωση φορτισμένων σωματιδίων στην ιονόσφαιρα επιτυγχάνεται σε υψόμετρα 300–400 km.
Ιστορία της μελέτης της ιονόσφαιρας.
Η υπόθεση της ύπαρξης ενός αγώγιμου στρώματος στην ανώτερη ατμόσφαιρα διατυπώθηκε το 1878 από τον Άγγλο επιστήμονα Stuart για να εξηγήσει τα χαρακτηριστικά του γεωμαγνητικού πεδίου. Στη συνέχεια, το 1902, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, ο Kennedy στις ΗΠΑ και ο Heaviside στην Αγγλία επεσήμαναν ότι για να εξηγηθεί η διάδοση των ραδιοκυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις, είναι απαραίτητο να υποθέσουμε την ύπαρξη περιοχών με υψηλή αγωγιμότητα στα υψηλά στρώματα του η ατμόσφαιρα. Το 1923, ο ακαδημαϊκός M.V. Shuleikin, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά της διάδοσης ραδιοκυμάτων διαφόρων συχνοτήτων, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο ανακλαστικά στρώματα στην ιονόσφαιρα. Στη συνέχεια, το 1925, οι Άγγλοι ερευνητές Appleton και Barnet, καθώς και οι Breit και Tuve, απέδειξαν πειραματικά για πρώτη φορά την ύπαρξη περιοχών που αντανακλούν τα ραδιοκύματα και έθεσαν τα θεμέλια για τη συστηματική μελέτη τους. Από τότε, έχει πραγματοποιηθεί μια συστηματική μελέτη των ιδιοτήτων αυτών των στρωμάτων, που γενικά ονομάζονται ιονόσφαιρα, παίζοντας σημαντικό ρόλο σε μια σειρά από γεωφυσικά φαινόμενα που καθορίζουν την ανάκλαση και την απορρόφηση των ραδιοκυμάτων, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για πρακτική σκοπούς, ιδίως, για τη διασφάλιση αξιόπιστων ραδιοεπικοινωνιών.
Στη δεκαετία του 1930 ξεκίνησαν συστηματικές παρατηρήσεις της κατάστασης της ιονόσφαιρας. Στη χώρα μας, με πρωτοβουλία του M.A. Bonch-Bruevich, δημιουργήθηκαν εγκαταστάσεις για τον παλμικό ήχο του. Πολλά έχουν εξερευνηθεί γενικές ιδιότητεςιονόσφαιρα, ύψη και συγκέντρωση ηλεκτρονίων των κύριων στιβάδων της.
Σε υψόμετρα 60–70 km, παρατηρείται το στρώμα D· σε υψόμετρα 100–120 km, το μι, σε υψόμετρα, σε υψόμετρα 180–300 km διπλής στρώσης φά 1 και φά 2. Οι κύριες παράμετροι αυτών των στρωμάτων δίνονται στον Πίνακα 4.
| Πίνακας 4 | ||||||
| Περιοχή ιονόσφαιρας | Μέγιστο ύψος, km | T i , κ | Ημέρα | Νύχτα ne , cm -3 | a΄, ρm 3 s – 1 | |
| ελάχ ne , cm -3 | Μέγιστη ne , cm -3 | |||||
| ρε | 70 | 20 | 100 | 200 | 10 | 10 –6 |
| μι | 110 | 270 | 1,5 10 5 | 3 10 5 | 3000 | 10 –7 |
| φά 1 | 180 | 800–1500 | 3 10 5 | 5 10 5 | – | 3 10 -8 |
| φά 2 (χειμώνας) | 220–280 | 1000–2000 | 6 10 5 | 25 10 5 | ~10 5 | 2 10 –10 |
| φά 2 (καλοκαίρι) | 250–320 | 1000–2000 | 2 10 5 | 8 10 5 | ~ 3 10 5 | 10 –10 |
| neείναι η συγκέντρωση ηλεκτρονίων, e είναι το φορτίο ηλεκτρονίων, T iείναι η θερμοκρασία ιόντων, α΄ είναι ο συντελεστής ανασυνδυασμού (που καθορίζει το neκαι η αλλαγή του με την πάροδο του χρόνου) | ||||||
Οι μέσοι όροι δίνονται καθώς ποικίλλουν για διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, ώρες της ημέρας και εποχές. Τέτοια δεδομένα είναι απαραίτητα για τη διασφάλιση ραδιοεπικοινωνιών μεγάλης εμβέλειας. Χρησιμοποιούνται για την επιλογή συχνοτήτων λειτουργίας για διάφορες ραδιοζεύξεις βραχέων κυμάτων. Γνώση των αλλαγών τους ανάλογα με την κατάσταση της ιονόσφαιρας μέσα διαφορετική ώραημέρα και σε διαφορετικές εποχές είναι εξαιρετικά σημαντική για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας των ραδιοεπικοινωνιών. Η ιονόσφαιρα είναι μια συλλογή από ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιρας της γης, που ξεκινούν από υψόμετρα περίπου 60 km και εκτείνονται σε υψόμετρα δεκάδων χιλιάδων km. Η κύρια πηγή ιονισμού της ατμόσφαιρας της Γης είναι η υπεριώδης ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ του Ήλιου, η οποία εμφανίζεται κυρίως στην ηλιακή χρωμόσφαιρα και στο στέμμα. Επιπλέον, ο βαθμός ιοντισμού της ανώτερης ατμόσφαιρας επηρεάζεται από ηλιακά σωματιδιακά ρεύματα που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια ηλιακών εκλάμψεων, καθώς και από κοσμικές ακτίνες και σωματίδια μετεωριτών.
Ιονοσφαιρικά στρώματα
είναι περιοχές της ατμόσφαιρας στις οποίες επιτυγχάνονται οι μέγιστες τιμές της συγκέντρωσης των ελεύθερων ηλεκτρονίων (δηλαδή ο αριθμός τους ανά μονάδα όγκου). Ηλεκτρικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια και (σε μικρότερο βαθμό, λιγότερο κινητά ιόντα) που προκύπτουν από τον ιονισμό ατόμων ατμοσφαιρικού αερίου, που αλληλεπιδρούν με ραδιοκύματα (δηλαδή ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις), μπορούν να αλλάξουν την κατεύθυνσή τους, αντανακλώντας ή διαθλώντας τα και απορροφούν την ενέργειά τους. Ως αποτέλεσμα, κατά τη λήψη απομακρυσμένων ραδιοφωνικών σταθμών, ενδέχεται να προκύψουν διάφορα εφέ, για παράδειγμα, εξασθένιση του ραδιοφώνου, αυξημένη ακουστικότητα απομακρυσμένων σταθμών, συσκότισηκαι ούτω καθεξής. πρωτοφανής.
Ερευνητικές μέθοδοι.
Οι κλασικές μέθοδοι μελέτης της ιονόσφαιρας από τη Γη περιορίζονται σε παλμικό ήχο - αποστολή ραδιοπαλμών και παρατήρηση των αντανακλάσεων τους από διάφορα στρώματα της ιονόσφαιρας με μέτρηση του χρόνου καθυστέρησης και μελέτη της έντασης και του σχήματος των ανακλώμενων σημάτων. Μετρώντας τα ύψη ανάκλασης ραδιοπαλμών σε διαφορετικές συχνότητες, προσδιορίζοντας τις κρίσιμες συχνότητες διαφόρων περιοχών (η φέρουσα συχνότητα του ραδιοπαλμού για τον οποίο αυτή η περιοχή της ιονόσφαιρας γίνεται διαφανής ονομάζεται κρίσιμη), είναι δυνατό να προσδιοριστεί η τιμή του την πυκνότητα ηλεκτρονίων στα στρώματα και τα ενεργά ύψη για δεδομένες συχνότητες και επιλέξτε τις βέλτιστες συχνότητες για δεδομένες ραδιοδρομίες. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας πυραύλων και την έλευση της διαστημικής εποχής των τεχνητών γήινων δορυφόρων (AES) και άλλων διαστημικών σκαφών, κατέστη δυνατή η άμεση μέτρηση των παραμέτρων του διαστημικού πλάσματος κοντά στη Γη, το κάτω μέρος του οποίου είναι η ιονόσφαιρα.
Οι μετρήσεις πυκνότητας ηλεκτρονίων που πραγματοποιήθηκαν από ειδικά εκτοξευμένους πυραύλους και κατά μήκος δορυφορικών διαδρομών πτήσης επιβεβαίωσαν και βελτίωσαν δεδομένα που είχαν προηγουμένως ληφθεί με επίγειες μεθόδους για τη δομή της ιονόσφαιρας, την κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων με ύψος σε διάφορες περιοχές της Γης και κατέστησαν δυνατή για να λάβετε τιμές πυκνότητας ηλεκτρονίων πάνω από το κύριο μέγιστο - το στρώμα φά. Προηγουμένως, ήταν αδύνατο να γίνει αυτό με ηχητικές μεθόδους που βασίζονταν σε παρατηρήσεις ανακλώμενων ραδιοπαλμών μικρού μήκους κύματος. Έχει βρεθεί ότι σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη υπάρχουν αρκετά σταθερές περιοχές με χαμηλή πυκνότητα ηλεκτρονίων, τακτικοί «ιονόσφαιροι άνεμοι», ιδιόμορφες κυματικές διεργασίες εμφανίζονται στην ιονόσφαιρα που μεταφέρουν τοπικές ιονόσφαιρες διαταραχές χιλιάδες χιλιόμετρα από τον τόπο διέγερσής τους και πολύ περισσότερο. Η δημιουργία ιδιαίτερα ευαίσθητων συσκευών λήψης κατέστησε δυνατή τη λήψη παλμικών σημάτων που αντανακλώνται μερικώς από τις χαμηλότερες περιοχές της ιονόσφαιρας στους σταθμούς παλμικού ήχου της ιονόσφαιρας (σταθμός μερικών ανακλάσεων). Η χρήση ισχυρών παλμικών εγκαταστάσεων στις ζώνες μετρικών και δεκατιανών κυμάτων με τη χρήση κεραιών που καθιστούν δυνατή την εκτέλεση υψηλής συγκέντρωσης ακτινοβολούμενης ενέργειας επέτρεψε την παρατήρηση σημάτων που διασκορπίζονται από την ιονόσφαιρα σε διάφορα ύψη. Η μελέτη των χαρακτηριστικών των φασμάτων αυτών των σημάτων, ασυνάρτητα διασκορπισμένα από ηλεκτρόνια και ιόντα του πλάσματος ιονόσφαιρας (για αυτό, χρησιμοποιήθηκαν σταθμοί ασυνάρτητης σκέδασης ραδιοκυμάτων) κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων και ιόντων, το ισοδύναμό τους θερμοκρασία σε διάφορα υψόμετρα έως υψόμετρα πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων. Αποδείχθηκε ότι η ιονόσφαιρα είναι αρκετά διαφανής για τις χρησιμοποιούμενες συχνότητες.
Η συγκέντρωση των ηλεκτρικών φορτίων (η πυκνότητα των ηλεκτρονίων είναι ίση με την ιόντα) στην ιονόσφαιρα της γης σε ύψος 300 km είναι περίπου 106 cm–3 κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ένα πλάσμα αυτής της πυκνότητας αντανακλά ραδιοκύματα μεγαλύτερα από 20 m, ενώ εκπέμπει μικρότερα.
Τυπική κατακόρυφη κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα για συνθήκες ημέρας και νύχτας.
Διάδοση ραδιοκυμάτων στην ιονόσφαιρα.
Η σταθερή λήψη των σταθμών εκπομπής μεγάλης εμβέλειας εξαρτάται από τις συχνότητες που χρησιμοποιούνται, καθώς και από την ώρα της ημέρας, την εποχή και, επιπλέον, από την ηλιακή δραστηριότητα. Η ηλιακή δραστηριότητα επηρεάζει σημαντικά την κατάσταση της ιονόσφαιρας. Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από έναν επίγειο σταθμό διαδίδονται σε ευθεία γραμμή, όπως όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τόσο η επιφάνεια της Γης όσο και τα ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιράς της χρησιμεύουν ως ένα είδος πλακών ενός τεράστιου πυκνωτή, που ενεργούν πάνω τους όπως η δράση των κατόπτρων στο φως. Αντανακλά από αυτά, τα ραδιοκύματα μπορούν να ταξιδέψουν πολλές χιλιάδες χιλιόμετρα, λυγίζοντας σε όλο τον κόσμο με τεράστια άλματα εκατοντάδων και χιλιάδων χιλιομέτρων, αντανακλώντας εναλλάξ από ένα στρώμα ιονισμένου αερίου και από την επιφάνεια της Γης ή του νερού.
Στη δεκαετία του 1920, πίστευαν ότι τα ραδιοκύματα μικρότερα από 200 μέτρα γενικά δεν ήταν κατάλληλα για επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων λόγω ισχυρής απορρόφησης. Τα πρώτα πειράματα για τη λήψη μικρών κυμάτων μεγάλης εμβέλειας κατά μήκος του Ατλαντικού μεταξύ Ευρώπης και Αμερικής πραγματοποιήθηκαν από τον Άγγλο φυσικό Oliver Heaviside και τον Αμερικανό ηλεκτρολόγο μηχανικό Arthur Kennelly. Ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, πρότειναν ότι κάπου γύρω από τη Γη υπάρχει ένα ιονισμένο στρώμα της ατμόσφαιρας που μπορεί να αντανακλά τα ραδιοκύματα. Ονομάστηκε στρώμα Heaviside - Kennelly, και στη συνέχεια - ιονόσφαιρα.
Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η ιονόσφαιρα αποτελείται από αρνητικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα, κυρίως μοριακό οξυγόνο O + και μονοξείδιο του αζώτου NO + . Τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάστασης των μορίων και του ιονισμού ουδέτερων ατόμων αερίου από την ηλιακή ακτινοβολία και την υπεριώδη ακτινοβολία. Για να ιονιστεί ένα άτομο, είναι απαραίτητο να το ενημερώσουμε για ενέργεια ιοντισμού, η κύρια πηγή της οποίας για την ιονόσφαιρα είναι η υπεριώδης, οι ακτίνες Χ και η σωματική ακτινοβολία του Ήλιου.
Όσο το αέριο κέλυφος της Γης φωτίζεται από τον Ήλιο, όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια σχηματίζονται συνεχώς σε αυτό, αλλά ταυτόχρονα, μερικά από τα ηλεκτρόνια, που συγκρούονται με ιόντα, ανασυνδυάζονται, σχηματίζοντας πάλι ουδέτερα σωματίδια. Μετά τη δύση του ηλίου, η παραγωγή νέων ηλεκτρονίων σχεδόν σταματά και ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων αρχίζει να μειώνεται. Όσο περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια στην ιονόσφαιρα, τόσο καλύτερα αντανακλώνται τα κύματα υψηλής συχνότητας από αυτήν. Με μείωση της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων, η διέλευση ραδιοκυμάτων είναι δυνατή μόνο στις περιοχές χαμηλών συχνοτήτων. Γι' αυτό τη νύχτα, κατά κανόνα, είναι δυνατή η λήψη απομακρυσμένων σταθμών μόνο στις περιοχές των 75, 49, 41 και 31 μ. Τα ηλεκτρόνια κατανέμονται άνισα στην ιονόσφαιρα. Σε υψόμετρο 50 έως 400 km, υπάρχουν πολλά στρώματα ή περιοχές αυξημένης πυκνότητας ηλεκτρονίων. Αυτές οι περιοχές μεταβάλλονται ομαλά η μία στην άλλη και επηρεάζουν τη διάδοση των ραδιοκυμάτων HF με διαφορετικούς τρόπους. Το ανώτερο στρώμα της ιονόσφαιρας συμβολίζεται με το γράμμα φά. Εδώ είναι ο υψηλότερος βαθμός ιοντισμού (το κλάσμα των φορτισμένων σωματιδίων είναι περίπου 10–4). Βρίσκεται σε υψόμετρο άνω των 150 km πάνω από την επιφάνεια της Γης και παίζει τον κύριο ανακλαστικό ρόλο στη μεγάλης εμβέλειας διάδοση των ραδιοκυμάτων των ζωνών HF υψηλής συχνότητας. Τους καλοκαιρινούς μήνες, η περιοχή F χωρίζεται σε δύο στρώματα - φά 1 και φά 2. Το στρώμα F1 μπορεί να καταλάβει ύψη από 200 έως 250 km, και το στρώμα φάΤο 2 φαίνεται να «επιπλέει» στην περιοχή υψομέτρου 300–400 km. Συνήθως στρώση φάΤο 2 ιονίζεται πολύ πιο ισχυρό από το στρώμα φά 1 . νυχτερινό στρώμα φά 1 εξαφανίζεται και στρώση φά 2 παραμένει, χάνοντας αργά έως και το 60% του βαθμού ιοντισμού του. Κάτω από το στρώμα F, σε υψόμετρα από 90 έως 150 km, υπάρχει ένα στρώμα μι, του οποίου ο ιονισμός συμβαίνει υπό την επίδραση μαλακής ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τον Ήλιο. Ο βαθμός ιοντισμού του στρώματος Ε είναι χαμηλότερος από αυτόν του φά, κατά τη διάρκεια της ημέρας, πραγματοποιείται λήψη σταθμών ζωνών HF χαμηλής συχνότητας 31 και 25 m όταν ανακλώνται σήματα από το στρώμα μι. Συνήθως πρόκειται για σταθμούς που βρίσκονται σε απόσταση 1000–1500 km. Τη νύχτα σε ένα στρώμα μιΟ ιονισμός μειώνεται απότομα, αλλά ακόμη και αυτή τη στιγμή συνεχίζει να παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη σημάτων από σταθμούς στις ζώνες 41, 49 και 75 m.
Μεγάλο ενδιαφέρον για τη λήψη σημάτων ζωνών HF υψηλής συχνότητας 16, 13 και 11 m είναι αυτά που προκύπτουν στην περιοχή μιενδιάμεσα στρώματα (σύννεφα) έντονα αυξημένου ιονισμού. Η περιοχή αυτών των νεφών μπορεί να κυμαίνεται από μερικά έως εκατοντάδες τετραγωνικά χιλιόμετρα. Αυτό το στρώμα αυξημένου ιονισμού ονομάζεται σποραδικό στρώμα. μικαι συμβολίζεται Es. Τα σύννεφα Es μπορούν να κινηθούν στην ιονόσφαιρα υπό την επίδραση του ανέμου και να φτάσουν ταχύτητες έως και 250 km/h. Το καλοκαίρι, στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια της ημέρας, η προέλευση των ραδιοκυμάτων λόγω των νεφών Es εμφανίζεται 15-20 ημέρες το μήνα. Κοντά στον ισημερινό, είναι σχεδόν πάντα παρόν και σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη εμφανίζεται συνήθως τη νύχτα. Μερικές φορές, στα χρόνια της χαμηλής ηλιακής δραστηριότητας, όταν δεν υπάρχει μετάβαση στις ζώνες HF υψηλής συχνότητας, στις ζώνες των 16, 13 και 11 m, μακρινοί σταθμοί εμφανίζονται ξαφνικά με καλή ένταση, τα σήματα των οποίων αντανακλώνται επανειλημμένα από Es.
Η χαμηλότερη περιοχή της ιονόσφαιρας είναι η περιοχή ρεβρίσκεται σε υψόμετρα μεταξύ 50 και 90 χλμ. Υπάρχουν σχετικά λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια εδώ. Από περιοχή ρεΤα μεγάλα και μεσαία κύματα ανακλώνται καλά και τα σήματα των σταθμών HF χαμηλής συχνότητας απορροφώνται έντονα. Μετά τη δύση του ηλίου, ο ιονισμός εξαφανίζεται πολύ γρήγορα και καθίσταται δυνατή η λήψη απομακρυσμένων σταθμών στις περιοχές 41, 49 και 75 m, τα σήματα των οποίων αντανακλώνται από τα στρώματα φά 2 και μι. Ξεχωριστά στρώματα της ιονόσφαιρας παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάδοση των ραδιοσημάτων HF. Η επίδραση στα ραδιοκύματα οφείλεται κυρίως στην παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα, αν και ο μηχανισμός διάδοσης των ραδιοκυμάτων συνδέεται με την παρουσία μεγάλων ιόντων. Τα τελευταία παρουσιάζουν επίσης ενδιαφέρον στη μελέτη Χημικές ιδιότητεςατμόσφαιρα, επειδή είναι πιο ενεργά από τα ουδέτερα άτομα και μόρια. χημικές αντιδράσειςπου ρέει στην ιονόσφαιρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή και ηλεκτρική της ισορροπία.
κανονική ιονόσφαιρα. Οι παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια γεωφυσικών πυραύλων και δορυφόρων έδωσαν πληθώρα νέων πληροφοριών που δείχνουν ότι ο ιονισμός της ατμόσφαιρας συμβαίνει υπό την επίδραση ηλιακή ακτινοβολίαευρύ φάσμα. Το κύριο μέρος του (πάνω από 90%) συγκεντρώνεται στο ορατό τμήμα του φάσματος. Η υπεριώδης ακτινοβολία με μικρότερο μήκος κύματος και περισσότερη ενέργεια από τις ακτίνες του ιώδους φωτός εκπέμπεται από το υδρογόνο του εσωτερικού τμήματος της ατμόσφαιρας του Ήλιου (χρωμόσφαιρα) και η ακτινοβολία ακτίνων Χ, η οποία έχει ακόμη μεγαλύτερη ενέργεια, εκπέμπεται από τα αέρια του Ήλιου. εξωτερικό κέλυφος (κορώνα).
Η κανονική (μέση) κατάσταση της ιονόσφαιρας οφείλεται σε συνεχή ισχυρή ακτινοβολία. Τακτικές αλλαγές συμβαίνουν στην κανονική ιονόσφαιρα υπό την επίδραση της καθημερινής περιστροφής της Γης και εποχιακές διαφορές στη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου το μεσημέρι, αλλά συμβαίνουν επίσης απρόβλεπτες και απότομες αλλαγές στην κατάσταση της ιονόσφαιρας.
Διαταραχές στην ιονόσφαιρα.
Όπως είναι γνωστό, στον Ήλιο συμβαίνουν ισχυρές κυκλικά επαναλαμβανόμενες εκδηλώσεις δραστηριότητας, οι οποίες φτάνουν στο μέγιστο κάθε 11 χρόνια. Οι παρατηρήσεις στο πλαίσιο του προγράμματος του Διεθνούς Γεωφυσικού Έτους (IGY) συνέπεσαν με την περίοδο της υψηλότερης ηλιακής δραστηριότητας για όλη την περίοδο των συστηματικών μετεωρολογικών παρατηρήσεων, δηλ. από τις αρχές του 18ου αιώνα. Σε περιόδους υψηλής δραστηριότητας, η φωτεινότητα ορισμένων περιοχών στον Ήλιο αυξάνεται αρκετές φορές και η δύναμη της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ αυξάνεται απότομα. Τέτοια φαινόμενα ονομάζονται ηλιακές εκλάμψεις. Διαρκούν από αρκετά λεπτά έως μία ή δύο ώρες. Κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης, το ηλιακό πλάσμα εκρήγνυται (κυρίως πρωτόνια και ηλεκτρόνια) και στοιχειώδη σωματίδια ορμούν στο διάστημα. Η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία του Ήλιου τις στιγμές τέτοιων εκλάμψεων έχει ισχυρή επίδραση στην ατμόσφαιρα της Γης.
Η αρχική αντίδραση σημειώνεται 8 λεπτά μετά το φλας, όταν η έντονη υπεριώδης ακτινοβολία και ακτίνες Χ φτάνει στη Γη. Ως αποτέλεσμα, ο ιονισμός αυξάνεται απότομα. Οι ακτίνες Χ διαπερνούν την ατμόσφαιρα μέχρι το κατώτερο όριο της ιονόσφαιρας. ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτές τις στιβάδες αυξάνεται τόσο πολύ που τα ραδιοσήματα απορροφώνται σχεδόν πλήρως («σβήνουν»). Η πρόσθετη απορρόφηση της ακτινοβολίας προκαλεί θέρμανση του αερίου, η οποία συμβάλλει στην ανάπτυξη των ανέμων. Το ιονισμένο αέριο είναι ένας ηλεκτρικός αγωγός και όταν κινείται στο μαγνητικό πεδίο της Γης, εμφανίζεται ένα φαινόμενο δυναμό και δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα. Τέτοια ρεύματα μπορούν, με τη σειρά τους, να προκαλέσουν αξιοσημείωτες διαταραχές του μαγνητικού πεδίου και να εκδηλωθούν με τη μορφή μαγνητικών καταιγίδων.
Η δομή και η δυναμική της ανώτερης ατμόσφαιρας καθορίζεται ουσιαστικά από θερμοδυναμικά μη ισορροπημένες διεργασίες που σχετίζονται με ιονισμό και διάσταση από την ηλιακή ακτινοβολία, χημικές διεργασίες, διέγερση μορίων και ατόμων, απενεργοποίηση, σύγκρουση και άλλες στοιχειώδεις διεργασίες. Σε αυτή την περίπτωση, ο βαθμός μη ισορροπίας αυξάνεται με το ύψος καθώς μειώνεται η πυκνότητα. Μέχρι υψόμετρα 500–1000 km, και συχνά ακόμη υψηλότερα, ο βαθμός μη ισορροπίας για πολλά χαρακτηριστικά της ανώτερης ατμόσφαιρας είναι αρκετά μικρός, γεγονός που επιτρέπει σε κάποιον να χρησιμοποιήσει την κλασική και υδρομαγνητική υδροδυναμική με δυνατότητα χημικών αντιδράσεων για να την περιγράψει.
Η εξώσφαιρα είναι το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης, που ξεκινά από υψόμετρα αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων, από το οποίο ελαφρά, ταχέως κινούμενα άτομα υδρογόνου μπορούν να διαφύγουν στο διάστημα.
Έντουαρντ Κονόνοβιτς
Βιβλιογραφία:
Pudovkin M.I. Βασικές αρχές της ηλιακής φυσικής. Αγία Πετρούπολη, 2001
Έρις Τσάισον, Στιβ ΜακΜίλαν Η αστρονομία σήμερα. Prentice Hall Inc. Upper Saddle River, 2002
Ηλεκτρονικό υλικό: http://ciencia.nasa.gov/
- το κέλυφος αέρα της υδρογείου που περιστρέφεται με τη Γη. Το ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας πραγματοποιείται συμβατικά σε υψόμετρα 150-200 km. Το κάτω όριο είναι η επιφάνεια της Γης.
Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι ένα μείγμα αερίων. Το μεγαλύτερο μέρος του όγκου του στο στρώμα του επιφανειακού αέρα είναι άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Επιπλέον, ο αέρας περιέχει αδρανή αέρια (αργό, ήλιο, νέον κ.λπ.), διοξείδιο του άνθρακα (0,03), υδρατμούς και διάφορα στερεά σωματίδια (σκόνη, αιθάλη, κρύσταλλοι αλατιού).
Ο αέρας είναι άχρωμος και το χρώμα του ουρανού εξηγείται από τις ιδιαιτερότητες της διασποράς των κυμάτων φωτός.
Η ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα και θερμόσφαιρα.
Το κάτω στρώμα αέρα ονομάζεται τροποσφαίρα.Σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, η ισχύς του δεν είναι η ίδια. Η τροπόσφαιρα επαναλαμβάνει το σχήμα του πλανήτη και συμμετέχει μαζί με τη Γη στην αξονική περιστροφή. Στον ισημερινό, το πάχος της ατμόσφαιρας κυμαίνεται από 10 έως 20 km. Στον ισημερινό είναι μεγαλύτερο, και στους πόλους είναι μικρότερο. Η τροπόσφαιρα χαρακτηρίζεται από τη μέγιστη πυκνότητα του αέρα, τα 4/5 της μάζας ολόκληρης της ατμόσφαιρας συγκεντρώνονται σε αυτήν. Η τροπόσφαιρα καθορίζει τις καιρικές συνθήκες: διάφορες αέριες μάζες, σχηματίζονται σύννεφα και βροχόπτωση, υπάρχει έντονη οριζόντια και κατακόρυφη κίνηση του αέρα.
Πάνω από την τροπόσφαιρα, μέχρι υψόμετρο 50 χλμ., βρίσκεται στρατόσφαιρα.Χαρακτηρίζεται από χαμηλότερη πυκνότητα αέρα, δεν υπάρχουν υδρατμοί σε αυτό. Στο κάτω μέρος της στρατόσφαιρας σε υψόμετρα περίπου 25 χλμ. υπάρχει μια «οθόνη όζοντος» - ένα στρώμα της ατμόσφαιρας με υψηλή συγκέντρωση όζοντος, το οποίο απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία είναι θανατηφόρα για τους οργανισμούς.
Σε υψόμετρο από 50 έως 80-90 χλμ. εκτείνεται μεσόσφαιρα.Καθώς αυξάνεται το υψόμετρο, η θερμοκρασία μειώνεται με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)° / 100 m και η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Η κύρια ενεργειακή διαδικασία είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Η λάμψη της ατμόσφαιρας οφείλεται σε πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ρίζες, μόρια διεγερμένα από δονήσεις.
Θερμόσφαιραβρίσκεται σε υψόμετρο 80-90 έως 800 χλμ. Η πυκνότητα του αέρα εδώ είναι ελάχιστη, ο βαθμός ιονισμού του αέρα είναι πολύ υψηλός. Η θερμοκρασία αλλάζει ανάλογα με τη δραστηριότητα του Ήλιου. Λόγω του μεγάλου αριθμού φορτισμένων σωματιδίων, παρατηρούνται εδώ σέλας και μαγνητικές καταιγίδες.
Η ατμόσφαιρα έχει μεγάλη σημασία για τη φύση της Γης.Χωρίς οξυγόνο, οι ζωντανοί οργανισμοί δεν μπορούν να αναπνεύσουν. Η στιβάδα του όζοντος προστατεύει όλα τα έμβια όντα από τις βλαβερές υπεριώδεις ακτίνες. Η ατμόσφαιρα εξομαλύνει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας: η επιφάνεια της Γης δεν υπερψύχεται τη νύχτα και δεν υπερθερμαίνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Σε πυκνές στρώσεις ατμοσφαιρικός αέραςπριν φτάσουν στην επιφάνεια του πλανήτη, οι μετεωρίτες καίγονται από αγκάθια.
Η ατμόσφαιρα αλληλεπιδρά με όλα τα κελύφη της γης. Με τη βοήθειά του, η ανταλλαγή θερμότητας και υγρασίας μεταξύ του ωκεανού και της γης. Χωρίς την ατμόσφαιρα δεν θα υπήρχαν σύννεφα, βροχοπτώσεις, άνεμοι.
Οι ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν σημαντικές δυσμενείς επιπτώσεις στην ατμόσφαιρα. Εμφανίζεται ατμοσφαιρική ρύπανση, η οποία οδηγεί σε αύξηση της συγκέντρωσης μονοξειδίου του άνθρακα (CO 2). Και αυτό συμβάλλει παγκόσμια υπερθέρμανσηκλίμα και ενισχύει το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το στρώμα του όζοντος της Γης καταστρέφεται λόγω των βιομηχανικών απορριμμάτων και των μεταφορών.
Η ατμόσφαιρα πρέπει να προστατεύεται. ΣΕ ανεπτυγμένες χώρεςΛαμβάνεται ένα σύνολο μέτρων για την προστασία του ατμοσφαιρικού αέρα από τη ρύπανση.
Έχετε ερωτήσεις; Θέλετε να μάθετε περισσότερα για την ατμόσφαιρα;
Για να λάβετε τη βοήθεια ενός δασκάλου - εγγραφείτε.
site, με πλήρη ή μερική αντιγραφή του υλικού, απαιτείται σύνδεσμος στην πηγή.
Ο χώρος είναι γεμάτος ενέργεια. Η ενέργεια γεμίζει το χώρο άνισα. Υπάρχουν σημεία συγκέντρωσης και εκφόρτισής του. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να υπολογίσετε την πυκνότητα. Ο πλανήτης είναι ένα διατεταγμένο σύστημα, με τη μέγιστη πυκνότητα της ύλης στο κέντρο και με σταδιακή μείωση της συγκέντρωσης προς την περιφέρεια. Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης καθορίζουν την κατάσταση της ύλης, τη μορφή με την οποία υπάρχει. Η Φυσική περιγράφει την κατάσταση συσσωμάτωσης ουσιών: στερεά, υγρά, αέρια κ.λπ.
Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο μέσο που περιβάλλει τον πλανήτη. Η ατμόσφαιρα της Γης επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση και επιτρέπει στο φως να περάσει μέσα, δημιουργώντας έναν χώρο στον οποίο ευδοκιμεί η ζωή.
Η περιοχή από την επιφάνεια της γης σε ύψος περίπου 16 χιλιομέτρων (από τον ισημερινό έως τους πόλους, μια μικρότερη τιμή, εξαρτάται επίσης από την εποχή) ονομάζεται τροπόσφαιρα. Η τροπόσφαιρα είναι το στρώμα που περιέχει περίπου το 80% του αέρα στην ατμόσφαιρα και σχεδόν το σύνολο των υδρατμών. Εδώ συμβαίνουν οι διαδικασίες που διαμορφώνουν τον καιρό. Η πίεση και η θερμοκρασία μειώνονται με το ύψος. Ο λόγος για τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα είναι μια αδιαβατική διαδικασία, όταν το αέριο διαστέλλεται, ψύχεται. Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, οι τιμές μπορεί να φτάσουν τους -50, -60 βαθμούς Κελσίου.
Ακολουθεί η Στρατόσφαιρα. Εκτείνεται έως και 50 χιλιόμετρα. Σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος, αποκτώντας μια τιμή στο ανώτερο σημείο περίπου 0 C. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλείται από τη διαδικασία απορρόφησης των υπεριωδών ακτίνων από το στρώμα του όζοντος. Η ακτινοβολία προκαλεί χημική αντίδραση. Τα μόρια οξυγόνου διασπώνται σε μεμονωμένα άτομα που μπορούν να συνδυαστούν με κανονικά μόρια οξυγόνου για να σχηματίσουν όζον.
Η ακτινοβολία από τον ήλιο με μήκη κύματος μεταξύ 10 και 400 νανόμετρα ταξινομείται ως υπεριώδης. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας, τόσο μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος για τους ζωντανούς οργανισμούς. Μόνο ένα μικρό κλάσμα της ακτινοβολίας φτάνει στην επιφάνεια της Γης, επιπλέον, το λιγότερο ενεργό μέρος του φάσματος της. Αυτό το χαρακτηριστικό της φύσης επιτρέπει σε ένα άτομο να αποκτήσει ένα υγιές μαύρισμα στον ήλιο.
επόμενο στρώμαΗ ατμόσφαιρα ονομάζεται μεσόσφαιρα. Όρια από περίπου 50 km έως 85 km. Στη μεσόσφαιρα, η συγκέντρωση του όζοντος, που θα μπορούσε να παγιδεύσει την υπεριώδη ενέργεια, είναι χαμηλή, οπότε η θερμοκρασία αρχίζει να πέφτει ξανά με το ύψος. Στο σημείο αιχμής, η θερμοκρασία πέφτει στους -90 C, ορισμένες πηγές αναφέρουν μια τιμή -130 C. Οι περισσότεροι μετεωροειδή καίγονται σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας.
Το στρώμα της ατμόσφαιρας που εκτείνεται από ύψος 85 km σε απόσταση 600 km από τη Γη ονομάζεται Θερμόσφαιρα. Η θερμόσφαιρα είναι η πρώτη που συναντά την ηλιακή ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένης της λεγόμενης υπεριώδους κενού.
Καθυστέρησε το κενό UV ατμοσφαιρικό περιβάλλον, θερμαίνοντας έτσι αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας σε τεράστιες θερμοκρασίες. Ωστόσο, δεδομένου ότι η πίεση εδώ είναι εξαιρετικά χαμηλή, αυτό το φαινομενικά πυρακτωμένο αέριο δεν έχει την ίδια επίδραση στα αντικείμενα όπως έχει υπό συνθήκες στην επιφάνεια της γης. Αντίθετα, τα αντικείμενα που τοποθετούνται σε τέτοιο περιβάλλον θα κρυώσουν.
Σε υψόμετρο 100 χλμ. διέρχεται η υπό όρους γραμμή «Κάρμαν γραμμή», που θεωρείται η αρχή του διαστήματος.
Τα σέλας εμφανίζονται στη θερμόσφαιρα. Σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας, ο ηλιακός άνεμος αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.
Το τελευταίο στρώμα της ατμόσφαιρας είναι η Εξώσφαιρα, ένα εξωτερικό κέλυφος που εκτείνεται για χιλιάδες χιλιόμετρα. Η εξώσφαιρα είναι πρακτικά ένα κενό μέρος, ωστόσο, ο αριθμός των ατόμων που περιπλανώνται εδώ είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερος από ό,τι στον διαπλανητικό χώρο.
Το άτομο αναπνέει αέρα. κανονική πίεση- 760 χιλιοστά υδραργύρου. Σε υψόμετρο 10.000 m, η πίεση είναι περίπου 200 mm. rt. Τέχνη. Σε αυτό το υψόμετρο, ένα άτομο μπορεί πιθανώς να αναπνεύσει, τουλάχιστον όχι για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά αυτό απαιτεί προετοιμασία. Το κράτος προφανώς θα είναι ανενεργό.
Αέριο ατμοσφαιρική σύνθεση: 78% άζωτο, 21% οξυγόνο, περίπου ένα τοις εκατό αργό, όλα τα άλλα είναι ένα μείγμα αερίων που αντιπροσωπεύουν το μικρότερο κλάσμα του συνόλου.
Γαλάζιος πλανήτης...
Αυτό το θέμα έπρεπε να εμφανιστεί στον ιστότοπο ένα από τα πρώτα. Άλλωστε τα ελικόπτερα είναι ατμοσφαιρικά αεροσκάφη. ατμόσφαιρα της γης- ο βιότοπός τους, θα λέγαμε, :-). ΕΝΑ φυσικές ιδιότητες του αέρααπλά καθορίστε την ποιότητα αυτού του οικοτόπου :-). Αυτό λοιπόν είναι ένα από τα βασικά. Και η βάση γράφεται πάντα πρώτη. Αλλά αυτό μόλις τώρα το συνειδητοποίησα. Καλύτερα όμως, όπως ξέρετε, αργά παρά ποτέ... Ας αγγίξουμε αυτό το θέμα, αλλά χωρίς να μπούμε στην άγρια φύση και στις περιττές δυσκολίες :-).
Ετσι… ατμόσφαιρα της γης. Αυτό είναι το αέριο κέλυφος του μπλε πλανήτη μας. Όλοι γνωρίζουν αυτό το όνομα. Γιατί μπλε; Απλώς επειδή το «μπλε» (καθώς και το μπλε και το ιώδες) συστατικό του ηλιακού φωτός (φάσμα) είναι πιο καλά διασκορπισμένο στην ατμόσφαιρα, χρωματίζοντας το σε γαλαζωπό, μερικές φορές με απόχρωση μωβ τόνος(σε μια ηλιόλουστη μέρα, φυσικά :-)).
Σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης.
Η σύνθεση της ατμόσφαιρας είναι αρκετά ευρεία. Δεν θα απαριθμήσω όλα τα συστατικά του κειμένου, υπάρχει μια καλή απεικόνιση για αυτό.Η σύσταση όλων αυτών των αερίων είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Επιπλέον, η ατμόσφαιρα περιέχει αναγκαστικά νερό με τη μορφή ατμών, αιωρούμενων σταγονιδίων ή κρυστάλλων πάγου. Η ποσότητα του νερού δεν είναι σταθερή και εξαρτάται από τη θερμοκρασία και, σε μικρότερο βαθμό, από την πίεση του αέρα. Επιπλέον, η ατμόσφαιρα της Γης (ειδικά η σημερινή) περιέχει επίσης μια ορισμένη ποσότητα, θα έλεγα «κάθε είδους βρωμιά» :-). Αυτά είναι SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, επιπλέον υπάρχουν ατμοί υδραργύρου Hg. Είναι αλήθεια ότι όλα αυτά υπάρχουν σε μικρές ποσότητες, δόξα τω Θεώ :-).
ατμόσφαιρα της γηςΕίναι σύνηθες να χωρίζονται σε πολλές ζώνες που ακολουθούν η μία την άλλη σε ύψος πάνω από την επιφάνεια.
Η πρώτη, πιο κοντά στη γη, είναι η τροπόσφαιρα. Αυτό είναι το χαμηλότερο και, θα λέγαμε, το κύριο στρώμα για τη ζωή διαφόρων τύπων. Περιέχει το 80% της μάζας όλου του ατμοσφαιρικού αέρα (αν και κατ' όγκο αποτελεί μόνο περίπου το 1% ολόκληρης της ατμόσφαιρας) και περίπου το 90% του συνόλου του ατμοσφαιρικού νερού. Ο κύριος όγκος όλων των ανέμων, των σύννεφων, των βροχών και των χιονιών 🙂 προέρχεται από εκεί. Η τροπόσφαιρα εκτείνεται σε ύψη περίπου 18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη και έως 10 km σε πολικά γεωγραφικά πλάτη. Η θερμοκρασία του αέρα σε αυτό πέφτει με άνοδο περίπου 0,65º για κάθε 100 m.
ατμοσφαιρικές ζώνες.
Η δεύτερη ζώνη είναι η στρατόσφαιρα. Πρέπει να πω ότι μια άλλη στενή ζώνη διακρίνεται μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας - η τροπόπαυση. Σταματά την πτώση της θερμοκρασίας με το ύψος. Η τροπόπαυση έχει μέσο πάχος 1,5-2 km, αλλά τα όριά της είναι ασαφή και η τροπόσφαιρα συχνά επικαλύπτει τη στρατόσφαιρα.
Άρα η στρατόσφαιρα έχει μέσο ύψος από 12 km έως 50 km. Η θερμοκρασία σε αυτό έως τα 25 km παραμένει αμετάβλητη (περίπου -57ºС), στη συνέχεια κάπου έως και 40 km αυξάνεται σε περίπου 0ºС και περαιτέρω έως και 50 km παραμένει αμετάβλητη. Η στρατόσφαιρα είναι ένα σχετικά ήσυχο μέρος της γήινης ατμόσφαιρας. Δεν υπάρχουν πρακτικά δυσμενείς καιρικές συνθήκες σε αυτό. Είναι στη στρατόσφαιρα που το περίφημο στρώμα του όζοντος βρίσκεται σε υψόμετρα από 15-20 km έως 55-60 km.
Αυτό ακολουθείται από ένα μικρό οριακό στρώμα στρατόπαυσης, στην οποία η θερμοκρασία παραμένει γύρω στους 0ºС, και στη συνέχεια η επόμενη ζώνη είναι η μεσόσφαιρα. Εκτείνεται σε υψόμετρα 80-90 km και σε αυτό η θερμοκρασία πέφτει στους 80ºС περίπου. Στη μεσόσφαιρα γίνονται συνήθως ορατοί μικροί μετεωρίτες, οι οποίοι αρχίζουν να λάμπουν μέσα της και να καίγονται εκεί έξω.
Το επόμενο στενό χάσμα είναι η μεσόπαυση και πέρα από αυτήν η ζώνη θερμόσφαιρας. Το ύψος του φτάνει τα 700-800 χλμ. Εδώ η θερμοκρασία αρχίζει και πάλι να ανεβαίνει και σε υψόμετρα περίπου 300 km μπορεί να φτάσει τιμές της τάξης των 1200ºС. Στη συνέχεια, παραμένει σταθερή. Η ιονόσφαιρα βρίσκεται μέσα στη θερμόσφαιρα σε ύψος περίπου 400 km. Εδώ, ο αέρας ιονίζεται έντονα λόγω της έκθεσης στην ηλιακή ακτινοβολία και έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Η επόμενη και, γενικά, η τελευταία ζώνη είναι η εξώσφαιρα. Αυτή είναι η λεγόμενη ζώνη διασποράς. Εδώ, κυρίως πολύ σπάνιο υδρογόνο και ήλιο (με υπεροχή του υδρογόνου) είναι παρόντα. Σε υψόμετρα περίπου 3000 km, η εξώσφαιρα περνά στο κοντινό διαστημικό κενό.
Κάπου έτσι είναι. Γιατί περίπου; Επειδή αυτά τα στρώματα είναι μάλλον υπό όρους. Δυνατόν διάφορες αλλαγέςυψόμετρο, σύνθεση αερίων, νερό, θερμοκρασία, ιονισμός κ.λπ. Επιπλέον, υπάρχουν πολλοί ακόμη όροι που καθορίζουν τη δομή και την κατάσταση της ατμόσφαιρας της γης.
Για παράδειγμα ομόσφαιρα και ετεροσφαιρία. Στην πρώτη, τα ατμοσφαιρικά αέρια αναμειγνύονται καλά και η σύστασή τους είναι αρκετά ομοιογενής. Το δεύτερο βρίσκεται πάνω από το πρώτο και πρακτικά δεν υπάρχει τέτοια ανάμειξη εκεί. Τα αέρια διαχωρίζονται με τη βαρύτητα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων βρίσκεται σε υψόμετρο 120 km και ονομάζεται turbopause.
Ας τελειώσουμε με τους όρους, αλλά σίγουρα θα προσθέσω ότι είναι συμβατικά αποδεκτό ότι το όριο της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρο 100 χλμ. από την επιφάνεια της θάλασσας. Αυτό το σύνορο ονομάζεται Γραμμή Κάρμαν.
Θα προσθέσω δύο ακόμη εικόνες για να δείξω τη δομή της ατμόσφαιρας. Το πρώτο, ωστόσο, είναι στα γερμανικά, αλλά είναι πλήρες και αρκετά κατανοητό :-). Μπορεί να διευρυνθεί και να μελετηθεί καλά. Το δεύτερο δείχνει τη μεταβολή της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας με το υψόμετρο.
Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης.
Μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα με το υψόμετρο.
Τα σύγχρονα επανδρωμένα τροχιακά διαστημόπλοια πετούν σε υψόμετρα περίπου 300-400 km. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πλέον αεροπορία, αν και η περιοχή, φυσικά, είναι κατά κάποιο τρόπο στενά συνδεδεμένη, και σίγουρα θα μιλήσουμε ξανά γι 'αυτό :-).
Η αεροπορική ζώνη είναι η τροπόσφαιρα. Τα σύγχρονα ατμοσφαιρικά αεροσκάφη μπορούν επίσης να πετάξουν στα χαμηλότερα στρώματα της στρατόσφαιρας. Για παράδειγμα, η πρακτική οροφή του MIG-25RB είναι 23000 m.
Πτήση στη στρατόσφαιρα.
Και ακριβώς φυσικές ιδιότητες του αέραΟι τροπόσφαιρες καθορίζουν πώς θα είναι η πτήση, πόσο αποτελεσματικό θα είναι το σύστημα ελέγχου του αεροσκάφους, πώς θα το επηρεάσει οι αναταράξεις στην ατμόσφαιρα, πώς θα λειτουργούν οι κινητήρες.
Η πρώτη κύρια ιδιοκτησία είναι θερμοκρασία του αέρα. Στη δυναμική των αερίων, μπορεί να προσδιοριστεί στην κλίμακα Κελσίου ή στην κλίμακα Κέλβιν.
Θερμοκρασία t1σε δεδομένο ύψος Hστην κλίμακα Κελσίου προσδιορίζεται:
t 1 \u003d t - 6,5N, Οπου tείναι η θερμοκρασία του αέρα στο έδαφος.
Θερμοκρασία στην κλίμακα Kelvin ονομάζεται απόλυτη θερμοκρασίαΤο μηδέν σε αυτή την κλίμακα είναι το απόλυτο μηδέν. Στο απόλυτο μηδέν σταματά η θερμική κίνηση των μορίων. Απόλυτο μηδενικόστην κλίμακα Kelvin αντιστοιχεί σε -273º στην κλίμακα Κελσίου.
Αντίστοιχα, η θερμοκρασία Τστα ψηλά Hστην κλίμακα Kelvin καθορίζεται:
T \u003d 273K + t - 6,5H
Πίεση αέρα. Η ατμοσφαιρική πίεση μετριέται σε Pascals (N / m 2), στο παλιό σύστημα μέτρησης σε ατμόσφαιρες (atm.). Υπάρχει επίσης κάτι όπως η βαρομετρική πίεση. Αυτή είναι η πίεση που μετράται σε χιλιοστά υδραργύρου χρησιμοποιώντας ένα βαρόμετρο υδραργύρου. Βαρομετρική πίεση (πίεση στο επίπεδο της θάλασσας) ίση με 760 mm Hg. Τέχνη. που ονομάζεται πρότυπο. Στη φυσική, 1 atm. μόλις ίσο με 760 mm Hg.
Πυκνότητα αέρα. Στην αεροδυναμική, η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη έννοια είναι η πυκνότητα μάζας του αέρα. Αυτή είναι η μάζα του αέρα σε 1 m3 όγκου. Η πυκνότητα του αέρα αλλάζει με το ύψος, ο αέρας γίνεται πιο αραιός.
Υγρασία αέρα. Δείχνει την ποσότητα του νερού στον αέρα. Υπάρχει μια ιδέα" σχετική υγρασία ". Αυτή είναι η αναλογία της μάζας των υδρατμών προς τη μέγιστη δυνατή σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Η έννοια του 0%, δηλαδή όταν ο αέρας είναι εντελώς στεγνός, μπορεί να υπάρχει γενικά μόνο στο εργαστήριο. Από την άλλη πλευρά, η 100% υγρασία είναι αρκετά πραγματική. Αυτό σημαίνει ότι ο αέρας έχει απορροφήσει όλο το νερό που θα μπορούσε να απορροφήσει. Κάτι σαν ένα απολύτως «γεμάτο σφουγγάρι». Η υψηλή σχετική υγρασία μειώνει την πυκνότητα του αέρα, ενώ η χαμηλή σχετική υγρασία την αυξάνει ανάλογα.
Λόγω του γεγονότος ότι οι πτήσεις αεροσκαφών πραγματοποιούνται σε διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, τότε οι παράμετροι πτήσης και αεροδυναμικής τους σε έναν τρόπο πτήσης μπορεί να είναι διαφορετικές. Επομένως, για μια σωστή εκτίμηση αυτών των παραμέτρων, εισαγάγαμε International Standard Atmosphere (ISA). Δείχνει την αλλαγή της κατάστασης του αέρα με την άνοδο του υψομέτρου.
Οι κύριες παράμετροι της κατάστασης του αέρα σε μηδενική υγρασία λαμβάνονται ως:
πίεση P = 760 mm Hg. Τέχνη. (101,3 kPa);
θερμοκρασία t = +15°C (288 K);
πυκνότητα μάζας ρ \u003d 1,225 kg / m 3;
Για το ISA, θεωρείται (όπως αναφέρθηκε παραπάνω :-)) ότι η θερμοκρασία πέφτει στην τροπόσφαιρα κατά 0,65º για κάθε 100 μέτρα υψομέτρου.
Τυπική ατμόσφαιρα (παράδειγμα έως 10000 m).
Οι πίνακες ISA χρησιμοποιούνται για τη βαθμονόμηση οργάνων, καθώς και για υπολογισμούς πλοήγησης και μηχανικής.
Φυσικές ιδιότητες του αέραπεριλαμβάνει επίσης έννοιες όπως αδράνεια, ιξώδες και συμπιεστότητα.
Η αδράνεια είναι μια ιδιότητα του αέρα που χαρακτηρίζει την ικανότητά του να αντιστέκεται σε αλλαγές στην κατάσταση ηρεμίας ή ομοιόμορφη ευθύγραμμη κίνηση. . Το μέτρο της αδράνειας είναι η πυκνότητα μάζας του αέρα. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η αδράνεια και η δύναμη έλξης του μέσου όταν το αεροσκάφος κινείται σε αυτό.
Ιξώδες. Προσδιορίζει την αντίσταση τριβής στον αέρα καθώς το αεροσκάφος κινείται.
Η συμπιεστότητα μετρά την αλλαγή στην πυκνότητα του αέρα καθώς αλλάζει η πίεση. Σε χαμηλές ταχύτητες αεροσκάφος(έως 450 km/h), δεν υπάρχει μεταβολή της πίεσης όταν η ροή του αέρα ρέει γύρω της, αλλά σε υψηλές ταχύτητες αρχίζει να εμφανίζεται η επίδραση της συμπιεστότητας. Η επιρροή του στο υπερηχητικό είναι ιδιαίτερα έντονη. Αυτός είναι ένας ξεχωριστός τομέας αεροδυναμικής και ένα θέμα για ένα ξεχωριστό άρθρο :-).
Λοιπόν, φαίνεται μόνο αυτό προς το παρόν... Ήρθε η ώρα να τελειώσουμε αυτήν την ελαφρώς κουραστική απαρίθμηση, η οποία, ωστόσο, δεν μπορεί να παραβλεφθεί :-). ατμόσφαιρα της γηςτις παραμέτρους του, φυσικές ιδιότητες του αέραείναι τόσο σημαντικές για το αεροσκάφος όσο και οι παράμετροι της ίδιας της συσκευής και ήταν αδύνατο να μην τις αναφέρουμε.
Προς το παρόν, μέχρι τις επόμενες συναντήσεις και πιο ενδιαφέροντα θέματα 🙂…
ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. Για επιδόρπιο, προτείνω να παρακολουθήσετε ένα βίντεο που γυρίστηκε από το πιλοτήριο ενός δίδυμου MIG-25PU κατά τη διάρκεια της πτήσης του στη στρατόσφαιρα. Γυρίστηκε, προφανώς, από έναν τουρίστα που έχει χρήματα για τέτοιες πτήσεις :-). Γυρίστηκε κυρίως μέσα από το παρμπρίζ. Προσέξτε το χρώμα του ουρανού...
Η ατμόσφαιρα εκτείνεται προς τα πάνω για πολλές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Το άνω όριο του, σε υψόμετρο περίπου 2000-3000 χλμ,ως ένα βαθμό υπό όρους, αφού τα αέρια που το αποτελούν, σταδιακά αραιωμένα, περνούν στον παγκόσμιο χώρο. Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας, η πίεση, η πυκνότητα, η θερμοκρασία και οι άλλες φυσικές της ιδιότητες αλλάζουν με το ύψος. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η χημική σύσταση του αέρα μέχρι ύψος 100 χλμδεν αλλάζει σημαντικά. Κάπως υψηλότερα, η ατμόσφαιρα αποτελείται επίσης κυρίως από άζωτο και οξυγόνο. Αλλά σε υψόμετρα 100-110 χλμ,Υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο, τα μόρια οξυγόνου χωρίζονται σε άτομα και εμφανίζεται ατομικό οξυγόνο. Πάνω από 110-120 χλμσχεδόν όλο το οξυγόνο γίνεται ατομικό. Υποτίθεται ότι πάνω από 400-500 χλμτα αέρια που απαρτίζουν την ατμόσφαιρα βρίσκονται επίσης σε ατομική κατάσταση.
Η πίεση και η πυκνότητα του αέρα μειώνονται γρήγορα με το ύψος. Αν και η ατμόσφαιρα εκτείνεται προς τα πάνω για εκατοντάδες χιλιόμετρα, το μεγαλύτερο μέρος της βρίσκεται σε ένα μάλλον λεπτό στρώμα δίπλα στην επιφάνεια της γης στα χαμηλότερα μέρη της. Άρα, στο στρώμα μεταξύ της στάθμης της θάλασσας και των υψομέτρων 5-6 χλμΗ μισή μάζα της ατμόσφαιρας συγκεντρώνεται στο στρώμα 0-16 χλμ-90%, και στο στρώμα 0-30 χλμ- 99%. Η ίδια ταχεία μείωση της μάζας αέρα εμφανίζεται πάνω από 30 χλμ.Αν βάρος 1 m 3ο αέρας στην επιφάνεια της γης είναι 1033 g, μετά σε ύψος 20 χλμείναι ίσο με 43 g και σε ύψος 40 χλμμόνο 4 χρόνια
Σε υψόμετρο 300-400 χλμκαι πάνω, ο αέρας είναι τόσο αραιός που κατά τη διάρκεια της ημέρας η πυκνότητά του αλλάζει πολλές φορές. Μελέτες έχουν δείξει ότι αυτή η αλλαγή στην πυκνότητα σχετίζεται με τη θέση του Ήλιου. Η υψηλότερη πυκνότητα αέρα είναι γύρω στο μεσημέρι, η χαμηλότερη τη νύχτα. Αυτό εξηγείται εν μέρει από το γεγονός ότι τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας αντιδρούν στις αλλαγές της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του Ήλιου.
Η μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα με το ύψος είναι επίσης άνιση. Σύμφωνα με τη φύση της αλλαγής της θερμοκρασίας με το ύψος, η ατμόσφαιρα χωρίζεται σε πολλές σφαίρες, μεταξύ των οποίων υπάρχουν μεταβατικά στρώματα, οι λεγόμενες παύσεις, όπου η θερμοκρασία αλλάζει ελάχιστα με το ύψος.
Εδώ είναι τα ονόματα και τα κύρια χαρακτηριστικά των σφαιρών και των στρωμάτων μετάβασης.
Ας παρουσιάσουμε τα βασικά δεδομένα για τις φυσικές ιδιότητες αυτών των σφαιρών.
Τροποσφαίρα. Οι φυσικές ιδιότητες της τροπόσφαιρας καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από την επίδραση της επιφάνειας της γης, που είναι το κατώτερο όριο της. Το υψηλότερο ύψος της τροπόσφαιρας παρατηρείται στις ισημερινές και τροπικές ζώνες. Εδώ φτάνει στο 16-18 χλμκαι σχετικά λίγο εκτεθειμένο σε καθημερινή και εποχιακές αλλαγές. Πάνω από τις πολικές και τις παρακείμενες περιοχές, το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας βρίσκεται κατά μέσο όρο σε επίπεδο 8-10 χλμ.Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, κυμαίνεται από 6-8 έως 14-16 χλμ.
Η κατακόρυφη ισχύς της τροπόσφαιρας εξαρτάται σημαντικά από τη φύση των ατμοσφαιρικών διεργασιών. Συχνά κατά τη διάρκεια της ημέρας, το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας σε ένα δεδομένο σημείο ή περιοχή πέφτει ή αυξάνεται κατά αρκετά χιλιόμετρα. Αυτό οφείλεται κυρίως στις αλλαγές της θερμοκρασίας του αέρα.
Πάνω από τα 4/5 της μάζας της γήινης ατμόσφαιρας και σχεδόν όλοι οι υδρατμοί που περιέχονται σε αυτήν συγκεντρώνονται στην τροπόσφαιρα. Επιπλέον, από την επιφάνεια της γης έως το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, η θερμοκρασία μειώνεται κατά μέσο όρο 0,6° για κάθε 100 m ή 6° για 1 χλμανύψωση . Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο αέρας στην τροπόσφαιρα θερμαίνεται και ψύχεται κυρίως από την επιφάνεια της γης.
Σύμφωνα με την εισροή ηλιακής ενέργειας, η θερμοκρασία μειώνεται από τον ισημερινό στους πόλους. Ετσι, μέση θερμοκρασίαο αέρας στην επιφάνεια της γης στον ισημερινό φτάνει τους + 26 °, πάνω από τις πολικές περιοχές το χειμώνα -34 °, -36 ° και το καλοκαίρι περίπου 0 °. Έτσι, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ισημερινού και του πόλου είναι 60° το χειμώνα και μόνο 26° το καλοκαίρι. Είναι αλήθεια ότι τέτοιες χαμηλές θερμοκρασίες στην Αρκτική το χειμώνα παρατηρούνται μόνο κοντά στην επιφάνεια της γης λόγω της ψύξης του αέρα πάνω από τις εκτάσεις πάγου.
Το χειμώνα, στην Κεντρική Ανταρκτική, η θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια του στρώματος πάγου είναι ακόμη χαμηλότερη. Στον σταθμό Vostok τον Αύγουστο του 1960, η χαμηλότερη θερμοκρασία στον κόσμο καταγράφηκε -88,3° και πιο συχνά στην Κεντρική Ανταρκτική είναι -45°, -50°.
Από ένα ύψος, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ισημερινού και του πόλου μειώνεται. Για παράδειγμα, στο ύψος 5 χλμΣτον ισημερινό η θερμοκρασία φτάνει τους -2°, -4°, και στο ίδιο ύψος στην Κεντρική Αρκτική -37°, -39° το χειμώνα και -19°, -20° το καλοκαίρι. Κατά συνέπεια, η διαφορά θερμοκρασίας το χειμώνα είναι 35-36° και το καλοκαίρι 16-17°. Στο νότιο ημισφαίριο, αυτές οι διαφορές είναι κάπως μεγαλύτερες.
Η ενέργεια της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας μπορεί να προσδιοριστεί με συμβάσεις θερμοκρασίας ισημερινού-πόλου. Δεδομένου ότι οι θερμοκρασιακές αντιθέσεις είναι μεγαλύτερες το χειμώνα, οι ατμοσφαιρικές διεργασίες είναι πιο έντονες από ό,τι το καλοκαίρι. Αυτό εξηγεί επίσης το γεγονός ότι οι δυτικοί άνεμοι που επικρατούν στην τροπόσφαιρα το χειμώνα έχουν υψηλότερες ταχύτητες από ό,τι το καλοκαίρι. Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του ανέμου, κατά κανόνα, αυξάνεται με το ύψος, φτάνοντας στο μέγιστο στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας. Η οριζόντια μεταφορά συνοδεύεται από κάθετες κινήσεις του αέρα και τυρβώδη (διαταραγμένη) κίνηση. Λόγω της ανόδου και της πτώσης μεγάλων όγκων αέρα, σχηματίζονται σύννεφα και διασκορπίζονται, η βροχόπτωση εμφανίζεται και σταματά. Το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της υπερκείμενης σφαίρας είναι τροπόπαυση.Πάνω από αυτό βρίσκεται η στρατόσφαιρα.
Στρατόσφαιρα εκτείνεται από τα ύψη 8-17 έως 50-55 χλμ.Άνοιξε στις αρχές του αιώνα μας. Με φυσικές ιδιότητεςΗ στρατόσφαιρα διαφέρει απότομα από την τροπόσφαιρα ήδη στο ότι η θερμοκρασία του αέρα εδώ, κατά κανόνα, αυξάνεται κατά μέσο όρο 1 - 2 ° ανά χιλιόμετρο υψομέτρου και στο ανώτερο όριο, σε ύψος 50-55 χλμ,γίνεται ακόμη και θετικό. Η αύξηση της θερμοκρασίας σε αυτή την περιοχή προκαλείται από την παρουσία του όζοντος (Ο 3) εδώ, το οποίο σχηματίζεται υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Το στρώμα του όζοντος καλύπτει σχεδόν ολόκληρη τη στρατόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα είναι πολύ φτωχή σε υδρατμούς. Δεν υπάρχουν βίαιες διεργασίες σχηματισμού νεφών και βροχοπτώσεις.
Πιο πρόσφατα, θεωρήθηκε ότι η στρατόσφαιρα είναι ένα σχετικά ήρεμο περιβάλλον, όπου δεν συμβαίνει ανάμιξη αέρα, όπως στην τροπόσφαιρα. Ως εκ τούτου, πιστεύεται ότι τα αέρια στη στρατόσφαιρα χωρίζονται σε στρώματα, σύμφωνα με το ειδικό τους βάρος. Εξ ου και το όνομα της στρατόσφαιρας («στράτος» - στρωματοποιημένη). Θεωρήθηκε επίσης ότι η θερμοκρασία στη στρατόσφαιρα σχηματίζεται υπό την επίδραση της ακτινοβολίας ισορροπίας, δηλαδή όταν η απορροφούμενη και η ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία είναι ίσες.
Νέα δεδομένα που ελήφθησαν από ραδιοφωνικούς ήχους και μετεωρολογικούς πυραύλους έδειξαν ότι στη στρατόσφαιρα, όπως και στην ανώτερη τροπόσφαιρα, υπάρχει έντονη κυκλοφορία αέρα με μεγάλες αλλαγές στη θερμοκρασία και τον άνεμο. Εδώ, όπως και στην τροπόσφαιρα, ο αέρας βιώνει σημαντικές κάθετες κινήσεις, τυρβώδεις κινήσεις με ισχυρά οριζόντια ρεύματα αέρα. Όλα αυτά είναι αποτέλεσμα μιας ανομοιόμορφης κατανομής θερμοκρασίας.
Το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της στρατόσφαιρας και της υπερκείμενης σφαίρας είναι στρατόπαυση.Ωστόσο, πριν προχωρήσουμε στα χαρακτηριστικά των υψηλότερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας, ας εξοικειωθούμε με τη λεγόμενη οζονόσφαιρα, τα όρια της οποίας αντιστοιχούν περίπου στα όρια της στρατόσφαιρας.
Το όζον στην ατμόσφαιρα. Το όζον παίζει σημαντικό ρόλο στη δημιουργία του καθεστώτος θερμοκρασίας και των ρευμάτων αέρα στη στρατόσφαιρα. Το όζον (O 3) γίνεται αισθητό από εμάς μετά από μια καταιγίδα όταν εισπνέουμε καθαρό αέρα με μια ευχάριστη επίγευση. Ωστόσο, εδώ δεν θα μιλήσουμε για αυτό το όζον που σχηματίστηκε μετά από μια καταιγίδα, αλλά για το όζον που περιέχεται στο στρώμα 10-60 χλμμε μέγιστο σε ύψος 22-25 χλμ.Το όζον παράγεται από τη δράση των υπεριωδών ακτίνων του ήλιου και, αν και η συνολική του ποσότητα είναι ασήμαντη, παίζει σημαντικό ρόλο στην ατμόσφαιρα. Το όζον έχει την ικανότητα να απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία από τον ήλιο και έτσι προστατεύει τα ζώα και φυτικό κόσμοαπό την καταστροφική του επίδραση. Ακόμη και αυτό το μικροσκοπικό κλάσμα των υπεριωδών ακτίνων που φτάνει στην επιφάνεια της γης καίει το σώμα άσχημα όταν ένα άτομο λατρεύει υπερβολικά την ηλιοθεραπεία.
Η ποσότητα του όζοντος δεν είναι η ίδια σε διαφορετικά μέρη της Γης. Υπάρχει περισσότερο όζον στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, λιγότερο στα μεσαία και χαμηλά γεωγραφικά πλάτηκαι ο αριθμός αυτός αλλάζει ανάλογα με την αλλαγή των εποχών του έτους. Περισσότερο όζον την άνοιξη, λιγότερο το φθινόπωρο. Επιπλέον, οι μη περιοδικές διακυμάνσεις του συμβαίνουν ανάλογα με την οριζόντια και κάθετη κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Πολλά ατμοσφαιρικές διεργασίεςσχετίζονται στενά με την περιεκτικότητα σε όζον, καθώς έχει άμεση επίδραση στο πεδίο της θερμοκρασίας.
Το χειμώνα, κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας, σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, το στρώμα του όζοντος εκπέμπει και δροσίζει τον αέρα. Ως αποτέλεσμα, στη στρατόσφαιρα των μεγάλων γεωγραφικών πλάτη (στην Αρκτική και την Ανταρκτική), σχηματίζεται μια ψυχρή περιοχή το χειμώνα, μια στρατοσφαιρική κυκλωνική δίνη με μεγάλες οριζόντιες διαβαθμίσεις θερμοκρασίας και πίεσης, που προκαλεί δυτικούς ανέμους στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη του πλανήτη.
Το καλοκαίρι, υπό συνθήκες πολικής ημέρας, σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, το στρώμα του όζοντος απορροφά την ηλιακή θερμότητα και θερμαίνει τον αέρα. Ως αποτέλεσμα της αύξησης της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα των μεγάλων γεωγραφικών πλάτη, σχηματίζεται μια περιοχή θερμότητας και μια στρατοσφαιρική αντικυκλωνική δίνη. Επομένως, πάνω από τα μέσα γεωγραφικά πλάτη του πλανήτη πάνω από 20 χλμτο καλοκαίρι επικρατούν ανατολικοί άνεμοι στη στρατόσφαιρα.
Μεσόσφαιρα. Παρατηρήσεις με μετεωρολογικούς πυραύλους και άλλες μεθόδους έχουν αποδείξει ότι η συνολική αύξηση της θερμοκρασίας που παρατηρείται στη στρατόσφαιρα τελειώνει σε υψόμετρα 50-55 χλμ.Πάνω από αυτό το στρώμα, η θερμοκρασία πέφτει ξανά και κοντά στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας (περίπου 80 χλμ.)φτάνει τους -75°, -90°. Επιπλέον, η θερμοκρασία ανεβαίνει ξανά με το ύψος.
Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος, χαρακτηριστική της μεσόσφαιρας, συμβαίνει διαφορετικά σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη και κατά τη διάρκεια του έτους. Σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη, η πτώση της θερμοκρασίας εμφανίζεται πιο αργά από ό,τι σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη: η μέση κατακόρυφη κλίση θερμοκρασίας για τη μεσόσφαιρα είναι, αντίστοιχα, 0,23° - 0,31° ανά 100 Μή 2,3°-3,1° ανά 1 χλμ.Το καλοκαίρι είναι πολύ μεγαλύτερο από το χειμώνα. Οπως φαίνεται τελευταία έρευνασε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας το καλοκαίρι είναι αρκετές δεκάδες μοίρες χαμηλότερη από ό,τι το χειμώνα. Στην ανώτερη μεσόσφαιρα σε ύψος περίπου 80 χλμστο στρώμα της μεσόπαυσης σταματάει η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος και αρχίζει η αύξησή της. Εδώ, κάτω από το στρώμα αναστροφής στο λυκόφως ή πριν από την ανατολή του ηλίου με καθαρό καιρό, παρατηρούνται λαμπερά λεπτά σύννεφα, που φωτίζονται από τον ήλιο κάτω από τον ορίζοντα. Στο σκοτεινό φόντο του ουρανού, λάμπουν με ένα ασημί-μπλε φως. Επομένως, αυτά τα σύννεφα ονομάζονται ασημένια.
Η φύση των νυκτικών νεφών δεν είναι ακόμη καλά κατανοητή. Για πολύ καιρό πίστευαν ότι αποτελούνταν από ηφαιστειακή σκόνη. Ωστόσο, η απουσία οπτικών φαινομένων χαρακτηριστικών των πραγματικών ηφαιστειακών νεφών οδήγησε στην απόρριψη αυτής της υπόθεσης. Τότε προτάθηκε ότι τα νυχτερινά νέφη αποτελούνται από κοσμική σκόνη. ΣΕ τα τελευταία χρόνιαέχει προταθεί μια υπόθεση σύμφωνα με την οποία αυτά τα σύννεφα αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου, όπως τα συνηθισμένα σύννεφα κίρρου. Το επίπεδο θέσης των νυχτερινών νεφών καθορίζεται από το στρώμα καθυστέρησης λόγω αναστροφή θερμοκρασίαςκατά τη μετάβαση από τη μεσόσφαιρα στη θερμόσφαιρα σε ύψος περίπου 80 χλμ.Δεδομένου ότι η θερμοκρασία στο στρώμα υποαναστροφής φτάνει τους -80°C και χαμηλότερα, δημιουργούνται εδώ οι πιο ευνοϊκές συνθήκες για τη συμπύκνωση υδρατμών, οι οποίοι εισέρχονται εδώ από τη στρατόσφαιρα ως αποτέλεσμα κατακόρυφης κίνησης ή με τυρβώδη διάχυση. Συνήθως φαίνονται νυχτερινά σύννεφα καλοκαιρινή περίοδο, μερικές φορές πολύ σε μεγάλους αριθμούςκαι μέσα σε λίγους μήνες.
Οι παρατηρήσεις των νυχτικών νεφών έχουν δείξει ότι το καλοκαίρι στο επίπεδο τους οι άνεμοι είναι πολύ μεταβλητοί. Οι ταχύτητες του ανέμου ποικίλλουν ευρέως: από 50-100 έως αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα την ώρα.
Θερμοκρασία σε υψόμετρο. Μια οπτική αναπαράσταση της φύσης της κατανομής της θερμοκρασίας με ύψος, μεταξύ της επιφάνειας της γης και υψών 90-100 km, χειμώνα και καλοκαίρι στο βόρειο ημισφαίριο, δίνεται στο σχήμα 5. Οι επιφάνειες που χωρίζουν τις σφαίρες απεικονίζονται εδώ με έντονους χαρακτήρες διακεκομμένες γραμμές. Στο κάτω μέρος, η τροπόσφαιρα ξεχωρίζει καλά, με χαρακτηριστική μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος. Πάνω από την τροπόπαυση, στη στρατόσφαιρα, αντίθετα, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος γενικά και σε ύψη 50-55 χλμφτάνει τους + 10°, -10°. Ας προσέξουμε μια σημαντική λεπτομέρεια. Το χειμώνα, στη στρατόσφαιρα των μεγάλων γεωγραφικών πλάτη, η θερμοκρασία πάνω από την τροπόπαυση πέφτει από -60 σε -75 ° και μόνο πάνω από 30 χλμανεβαίνει ξανά στους -15°. Το καλοκαίρι, ξεκινώντας από την τροπόπαυση, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος και κατά 50 χλμφτάνει τους +10°. Πάνω από τη στρατόπαυση, η θερμοκρασία αρχίζει και πάλι να μειώνεται με το ύψος, και σε επίπεδο 80 χλμδεν ξεπερνά τους -70°, -90°.
Από το σχήμα 5 προκύπτει ότι στο στρώμα 10-40 χλμη θερμοκρασία του αέρα το χειμώνα και το καλοκαίρι σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη είναι πολύ διαφορετική. Το χειμώνα, κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας, η θερμοκρασία εδώ φτάνει τους -60°, -75°, και το καλοκαίρι τουλάχιστον -45° είναι κοντά στην τροπόπαυση. Πάνω από την τροπόπαυση η θερμοκρασία αυξάνεται και σε υψόμετρα 30-35 χλμείναι μόνο -30°, -20°, η οποία προκαλείται από τη θέρμανση του αέρα στο στρώμα του όζοντος κατά τη διάρκεια της πολικής ημέρας. Από το σχήμα προκύπτει επίσης ότι ακόμη και σε μια εποχή και στο ίδιο επίπεδο, η θερμοκρασία δεν είναι η ίδια. Η διαφορά τους μεταξύ διαφορετικών γεωγραφικών πλάτη υπερβαίνει τις 20-30°. Σε αυτή την περίπτωση, η ανομοιογένεια είναι ιδιαίτερα σημαντική στο στρώμα χαμηλής θερμοκρασίας (18-30 χλμ.)και στο στρώμα των μέγιστων θερμοκρασιών (50-60 χλμ.)στη στρατόσφαιρα, καθώς και στο στρώμα των χαμηλών θερμοκρασιών στην ανώτερη μεσόσφαιρα (75-85χλμ).
Οι μέσες θερμοκρασίες που φαίνονται στο Σχήμα 5 βασίζονται σε παρατηρήσεις στο βόρειο ημισφαίριο, αλλά σύμφωνα με τις διαθέσιμες πληροφορίες, μπορούν επίσης να αποδοθούν στο νότιο ημισφαίριο. Υπάρχουν ορισμένες διαφορές κυρίως σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Πάνω από την Ανταρκτική το χειμώνα, η θερμοκρασία του αέρα στην τροπόσφαιρα και στην κατώτερη στρατόσφαιρα είναι αισθητά χαμηλότερη από ό,τι πάνω από την Κεντρική Αρκτική.
Άνεμοι ψηλά. Η εποχιακή κατανομή της θερμοκρασίας καθορίζει ένα αρκετά περίπλοκο σύστημα ρευμάτων αέρα στη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα.
Το σχήμα 6 δείχνει μια κατακόρυφη τομή του πεδίου ανέμου στην ατμόσφαιρα μεταξύ της επιφάνειας της γης και ενός ύψους 90 χλμχειμώνα και καλοκαίρι στο βόρειο ημισφαίριο. Οι ισογραμμές δείχνουν τις μέσες ταχύτητες του ανέμου που επικρατεί (σε Κυρία).Από το σχήμα προκύπτει ότι το καθεστώς ανέμου το χειμώνα και το καλοκαίρι στη στρατόσφαιρα είναι πολύ διαφορετικό. Το χειμώνα, τόσο η τροπόσφαιρα όσο και η στρατόσφαιρα κυριαρχούνται από δυτικούς ανέμους με μέγιστες ταχύτητες, ίσο με περίπου
100 Κυρίασε ύψος 60-65 χλμ.Το καλοκαίρι επικρατούν δυτικοί άνεμοι μόνο μέχρι ύψη 18-20 χλμ.Πιο ψηλά γίνονται ανατολικοί, με μέγιστες ταχύτητες έως 70 Κυρίασε ύψος 55-60χλμ.
Το καλοκαίρι, πάνω από τη μεσόσφαιρα, οι άνεμοι γίνονται δυτικοί και το χειμώνα γίνονται ανατολικοί.
Θερμόσφαιρα. Πάνω από τη μεσόσφαιρα βρίσκεται η θερμόσφαιρα, η οποία χαρακτηρίζεται από αύξηση της θερμοκρασίας Μεύψος. Σύμφωνα με τα στοιχεία που ελήφθησαν, κυρίως με τη βοήθεια πυραύλων, διαπιστώθηκε ότι στη θερμόσφαιρα βρίσκεται ήδη στο επίπεδο των 150 χλμη θερμοκρασία του αέρα φτάνει τους 220-240° και στο επίπεδο των 200 χλμπάνω από 500°. Πάνω, η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει και στα επίπεδα των 500-600 χλμυπερβαίνει τις 1500°. Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν κατά την εκτόξευση δορυφόρων τεχνητής γης, βρέθηκε ότι στην ανώτερη θερμόσφαιρα η θερμοκρασία φτάνει περίπου τους 2000° και παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τίθεται το ερώτημα πώς εξηγείται μια τόσο υψηλή θερμοκρασία στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας. Θυμηθείτε ότι η θερμοκρασία ενός αερίου είναι ένα μέτρο της μέσης ταχύτητας των μορίων. Στο χαμηλότερο, πιο πυκνό μέρος της ατμόσφαιρας, τα μόρια αερίου που συνθέτουν τον αέρα συχνά συγκρούονται μεταξύ τους όταν κινούνται και μεταφέρουν ακαριαία κινητική ενέργεια το ένα στο άλλο. Επομένως, η κινητική ενέργεια σε ένα πυκνό μέσο είναι κατά μέσο όρο η ίδια. Σε υψηλά στρώματα, όπου η πυκνότητα του αέρα είναι πολύ χαμηλή, οι συγκρούσεις μεταξύ μορίων που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις συμβαίνουν λιγότερο συχνά. Όταν απορροφάται ενέργεια, η ταχύτητα των μορίων στο διάστημα μεταξύ των συγκρούσεων αλλάζει πολύ. Επιπλέον, τα μόρια των ελαφρύτερων αερίων κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα από τα μόρια των βαρέων αερίων. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία των αερίων μπορεί να είναι διαφορετική.
Στα σπάνια αέρια, υπάρχουν σχετικά λίγα μόρια πολύ μικρού μεγέθους (ελαφριά αέρια). Εάν κινούνται με υψηλές ταχύτητες, τότε η θερμοκρασία σε έναν δεδομένο όγκο αέρα θα είναι υψηλή. Στη θερμόσφαιρα, κάθε κυβικό εκατοστό αέρα περιέχει δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες μόρια διαφόρων αερίων, ενώ στην επιφάνεια της γης υπάρχουν περίπου εκατό εκατομμύρια δισεκατομμύρια από αυτά. Επομένως, οι υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, που δείχνουν την ταχύτητα κίνησης των μορίων σε αυτό το πολύ λεπτό μέσο, δεν μπορούν να προκαλέσουν ούτε μια ελαφρά θέρμανση του σώματος που βρίσκεται εδώ. Ακριβώς όπως ένα άτομο δεν αισθάνεται θερμότητα όταν εκτυφλώνει τους ηλεκτρικούς λαμπτήρες, αν και τα νήματα σε ένα σπάνιο μέσο θερμαίνονται αμέσως έως και αρκετές χιλιάδες μοίρες.
Στην κατώτερη θερμόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα, το κύριο μέρος της βροχής μετεωριτών καίγεται πριν φτάσει στην επιφάνεια της γης.
Διαθέσιμες πληροφορίες για ατμοσφαιρικά στρώματα άνω των 60-80 χλμεξακολουθούν να είναι ανεπαρκείς για τελικά συμπεράσματα σχετικά με τη δομή, το καθεστώς και τις διαδικασίες που αναπτύσσονται σε αυτά. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι στην ανώτερη μεσόσφαιρα και στην κατώτερη θερμόσφαιρα, το καθεστώς θερμοκρασίας δημιουργείται ως αποτέλεσμα του μετασχηματισμού του μοριακού οξυγόνου (O 2) σε ατομικό οξυγόνο (O), το οποίο συμβαίνει υπό τη δράση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Στη θερμόσφαιρα στο καθεστώς θερμοκρασίας μεγάλη επιρροήαποδίδει σωματιδιακή, ακτινογραφία και. υπεριώδη ακτινοβολία από τον ήλιο. Εδώ, ακόμη και κατά τη διάρκεια της ημέρας, υπάρχουν έντονες αλλαγές στη θερμοκρασία και τον άνεμο.
Ατμοσφαιρικός ιονισμός. Το πιο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της ατμόσφαιρας πάνω από 60-80 χλμείναι αυτή ιονισμός,δηλαδή η διαδικασία σχηματισμού ενός τεράστιου αριθμού ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων - ιόντων. Δεδομένου ότι ο ιονισμός των αερίων είναι χαρακτηριστικός της κατώτερης θερμόσφαιρας, ονομάζεται επίσης ιονόσφαιρα.
Τα αέρια στην ιονόσφαιρα βρίσκονται κυρίως σε ατομική κατάσταση. Υπό την επίδραση της υπεριώδους και σωματιδιακής ακτινοβολίας του Ήλιου, που έχουν μεγάλη ενέργεια, υπάρχει μια διαδικασία διάσπασης ηλεκτρονίων από ουδέτερα άτομα και μόρια αέρα. Τέτοια άτομα και μόρια που έχουν χάσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια φορτίζονται θετικά και ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο μπορεί να επανασυνδεθεί σε ένα ουδέτερο άτομο ή μόριο και να τα προικίσει με το αρνητικό του φορτίο. Αυτά τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα άτομα και μόρια ονομάζονται ιόντα,και τα αέρια ιονισμένο,δηλ. έχοντας λάβει ηλεκτρικό φορτίο. Σε υψηλότερη συγκέντρωση ιόντων, τα αέρια γίνονται ηλεκτρικά αγώγιμα.
Η διαδικασία ιονισμού εμφανίζεται πιο έντονα σε παχιά στρώματα που περιορίζονται από ύψη 60-80 και 220-400 χλμ.Σε αυτά τα στρώματα, υπάρχουν οι βέλτιστες συνθήκες για ιονισμό. Εδώ, η πυκνότητα του αέρα είναι αισθητά υψηλότερη από ό,τι στην ανώτερη ατμόσφαιρα και η εισροή υπεριώδους και σωματιδιακής ακτινοβολίας από τον Ήλιο είναι επαρκής για τη διαδικασία ιονισμού.
Η ανακάλυψη της ιονόσφαιρας είναι ένα από τα πιο σημαντικά και λαμπρά επιτεύγματα της επιστήμης. Εξάλλου, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της ιονόσφαιρας είναι η επιρροή της στη διάδοση των ραδιοκυμάτων. Στα ιονισμένα στρώματα αντανακλώνται τα ραδιοκύματα και επομένως η ραδιοεπικοινωνία μεγάλης εμβέλειας καθίσταται δυνατή. Τα φορτισμένα άτομα-ιόντα αντανακλούν σύντομα ραδιοκύματα και επιστρέφουν ξανά η επιφάνεια της γης, αλλά ήδη σε σημαντική απόσταση από τον τόπο ραδιομετάδοσης. Προφανώς, τα σύντομα ραδιοκύματα κάνουν αυτή τη διαδρομή αρκετές φορές και έτσι εξασφαλίζεται ραδιοεπικοινωνία μεγάλης εμβέλειας. Αν όχι για την ιονόσφαιρα, τότε για τη μετάδοση σημάτων ραδιοφωνικού σταθμού σε μεγάλες αποστάσεις θα ήταν απαραίτητο να κατασκευαστούν ακριβές γραμμές ραδιοφωνικού ρελέ.
Ωστόσο, είναι γνωστό ότι μερικές φορές διακόπτονται οι ραδιοεπικοινωνίες βραχέων κυμάτων. Αυτό συμβαίνει ως αποτέλεσμα χρωμοσφαιρικών εκλάμψεων στον Ήλιο, λόγω των οποίων η υπεριώδης ακτινοβολία του Ήλιου αυξάνεται απότομα, οδηγώντας σε ισχυρές διαταραχές της ιονόσφαιρας και του μαγνητικού πεδίου της Γης - μαγνητικές καταιγίδες. Κατά τη διάρκεια μαγνητικής καταιγίδας, η ραδιοεπικοινωνία διακόπτεται, καθώς η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων εξαρτάται από το μαγνητικό πεδίο. Κατά τη διάρκεια μαγνητικών καταιγίδων, η ιονόσφαιρα αντανακλά τα ραδιοκύματα χειρότερα ή τα διοχετεύει στο διάστημα. Κυρίως με μια αλλαγή στην ηλιακή δραστηριότητα, που συνοδεύεται από αύξηση της υπεριώδους ακτινοβολίας, αυξάνεται η πυκνότητα ηλεκτρονίων της ιονόσφαιρας και η απορρόφηση των ραδιοκυμάτων κατά τη διάρκεια της ημέρας, οδηγώντας σε διακοπή των ραδιοεπικοινωνιών βραχέων κυμάτων.
Σύμφωνα με νέα έρευνα, σε ένα ισχυρό ιονισμένο στρώμα υπάρχουν ζώνες όπου η συγκέντρωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων φτάνει σε ελαφρώς υψηλότερη συγκέντρωση από ό,τι σε γειτονικά στρώματα. Τέσσερις τέτοιες ζώνες είναι γνωστές, οι οποίες βρίσκονται σε υψόμετρα περίπου 60-80, 100-120, 180-200 και 300-400 χλμκαι σημειώνονται με γράμματα ρε, μι, φά 1 Και φά 2 . Με την αυξανόμενη ακτινοβολία από τον Ήλιο, φορτισμένα σωματίδια (σωματίδια) υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου της Γης εκτρέπονται προς μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Με την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα, τα σωματίδια εντείνουν τον ιονισμό των αερίων σε τέτοιο βαθμό που αρχίζει η λάμψη τους. Ετσι σέλας- με τη μορφή όμορφων πολύχρωμων τόξων που φωτίζονται στον νυχτερινό ουρανό, κυρίως στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη της Γης. Τα σέλας συνοδεύονται από ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες. Σε τέτοιες περιπτώσεις, τα σέλας γίνονται ορατά στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και σε σπάνιες περιπτώσεις ακόμη και μέσα τροπική ζώνη. Έτσι, για παράδειγμα, το έντονο σέλας που παρατηρήθηκε στις 21-22 Ιανουαρίου 1957, ήταν ορατό σχεδόν σε όλες τις νότιες περιοχές της χώρας μας.
Φωτογραφίζοντας τα σέλας από δύο σημεία που βρίσκονται σε απόσταση αρκετών δεκάδων χιλιομέτρων, προσδιορίζεται με μεγάλη ακρίβεια το ύψος του σέλας. Τα σέλας βρίσκονται συνήθως σε υψόμετρο περίπου 100 χλμ,συχνά βρίσκονται σε υψόμετρο αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων και μερικές φορές σε επίπεδο περίπου 1000 χλμ.Αν και η φύση των σέλας έχει αποσαφηνιστεί, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά άλυτα ζητήματα που σχετίζονται με αυτό το φαινόμενο. Οι λόγοι για την ποικιλομορφία των μορφών σέλας είναι ακόμα άγνωστοι.
Σύμφωνα με τον τρίτο σοβιετικό δορυφόρο, μεταξύ υψών 200 και 1000 χλμκατά τη διάρκεια της ημέρας, κυριαρχούν θετικά ιόντα διασπασμένου μοριακού οξυγόνου, δηλαδή ατομικό οξυγόνο (Ο). Σοβιετικοί επιστήμονες μελετούν την ιονόσφαιρα με τη βοήθεια τεχνητών δορυφόρων της σειράς Kosmos. Αμερικανοί επιστήμονες μελετούν επίσης την ιονόσφαιρα με τη βοήθεια δορυφόρων.
Η επιφάνεια που χωρίζει τη θερμόσφαιρα από την εξώσφαιρα κυμαίνεται ανάλογα με τις αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα και άλλους παράγοντες. Κάθετα, αυτές οι διακυμάνσεις φτάνουν τις 100-200 χλμκι αλλα.
Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης) - το ανώτερο μέρος της ατμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 800 χλμ.Είναι ελάχιστα μελετημένη. Σύμφωνα με τα δεδομένα των παρατηρήσεων και των θεωρητικών υπολογισμών, η θερμοκρασία στην εξώσφαιρα αυξάνεται με ύψος πιθανώς έως και 2000°. Σε αντίθεση με την κατώτερη ιονόσφαιρα, στην εξώσφαιρα τα αέρια είναι τόσο σπάνια που τα σωματίδια τους, που κινούνται με τεράστιες ταχύτητες, σχεδόν ποτέ δεν συναντιούνται μεταξύ τους.
Μέχρι σχετικά πρόσφατα, εθεωρείτο ότι το υπό όρους όριο της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 1000 χλμ.Ωστόσο, με βάση την επιβράδυνση των τεχνητών δορυφόρων της Γης, έχει διαπιστωθεί ότι σε υψόμετρα 700-800 χλμσε 1 cm 3περιέχει έως και 160 χιλιάδες θετικά ιόντα ατομικού οξυγόνου και αζώτου. Αυτό δίνει λόγους να υποθέσουμε ότι τα φορτισμένα στρώματα της ατμόσφαιρας εκτείνονται στο διάστημα για πολύ μεγαλύτερη απόσταση.
Στο υψηλές θερμοκρασίεςστο υπό όρους όριο της ατμόσφαιρας, οι ταχύτητες των σωματιδίων αερίου φτάνουν περίπου τις 12 km/sΣε αυτές τις ταχύτητες, τα αέρια σταδιακά εγκαταλείπουν την περιοχή της βαρύτητας της γης στον διαπλανητικό χώρο. Αυτό συμβαίνει εδώ και πολύ καιρό. Για παράδειγμα, σωματίδια υδρογόνου και ηλίου απομακρύνονται στον διαπλανητικό χώρο για αρκετά χρόνια.
Κατά τη μελέτη των υψηλών στρωμάτων της ατμόσφαιρας, λήφθηκαν πλούσια δεδομένα τόσο από δορυφόρους της σειράς Kosmos και Elektron όσο και από γεωφυσικούς πυραύλους και διαστημικούς σταθμούς Mars-1, Luna-4 κ.λπ. Πολύτιμες ήταν και οι άμεσες παρατηρήσεις των αστροναυτών. Έτσι, σύμφωνα με φωτογραφίες που τράβηξε στο διάστημα η V. Nikolaeva-Tereshkova, διαπιστώθηκε ότι σε υψόμετρο 19 χλμυπάρχει ένα στρώμα σκόνης από τη Γη. Αυτό επιβεβαιώθηκε και από τα στοιχεία που έλαβε το πλήρωμα του διαστημικού σκάφους Voskhod. Προφανώς, υπάρχει στενή σχέση μεταξύ του στρώματος σκόνης και του λεγόμενου σύννεφα από φίλντισι,μερικές φορές παρατηρείται σε υψόμετρα περίπου 20-30χλμ.
Από την ατμόσφαιρα στο διάστημα. Προηγούμενες υποθέσεις ότι έξω από την ατμόσφαιρα της Γης, στη διαπλανητική
χώρο, τα αέρια είναι πολύ σπάνια και η συγκέντρωση των σωματιδίων δεν υπερβαίνει αρκετές μονάδες σε 1 cm 3,δεν δικαιολογήθηκαν. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο χώρος κοντά στη Γη είναι γεμάτος με φορτισμένα σωματίδια. Σε αυτή τη βάση, διατυπώθηκε μια υπόθεση για την ύπαρξη ζωνών γύρω από τη Γη με αισθητά αυξημένη περιεκτικότητα σε φορτισμένα σωματίδια, δηλ. ζώνες ακτινοβολίας- εσωτερικός και εξωτερικός. Νέα δεδομένα βοήθησαν να διευκρινιστεί. Αποδείχθηκε ότι υπάρχουν επίσης φορτισμένα σωματίδια μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής ζώνης ακτινοβολίας. Ο αριθμός τους ποικίλλει ανάλογα με τη γεωμαγνητική και ηλιακή δραστηριότητα. Έτσι, σύμφωνα με τη νέα παραδοχή, αντί για ζώνες ακτινοβολίας, υπάρχουν ζώνες ακτινοβολίας χωρίς σαφώς καθορισμένα όρια. Τα όρια των ζωνών ακτινοβολίας αλλάζουν ανάλογα με την ηλιακή δραστηριότητα. Με την έντασή του, δηλαδή, όταν εμφανίζονται κηλίδες και πίδακες αερίου στον Ήλιο, που εκτοξεύονται σε εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα, αυξάνεται η ροή των κοσμικών σωματιδίων, τα οποία τροφοδοτούν τις ζώνες ακτινοβολίας της Γης.
Οι ζώνες ακτινοβολίας είναι επικίνδυνες για τους ανθρώπους που πετούν με διαστημόπλοια. Επομένως, πριν από μια πτήση στο διάστημα, προσδιορίζεται η κατάσταση και η θέση των ζωνών ακτινοβολίας και η τροχιά του διαστημικού σκάφους επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε να περνά έξω από τις περιοχές αυξημένης ακτινοβολίας. Ωστόσο, τα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, καθώς και το διάστημα κοντά στη Γη, δεν έχουν ακόμη μελετηθεί αρκετά.
Στη μελέτη των υψηλών στρωμάτων της ατμόσφαιρας και του διαστήματος κοντά στη Γη, χρησιμοποιούνται πλούσια δεδομένα που προέρχονται από δορυφόρους της σειράς Kosmos και διαστημικούς σταθμούς.
Τα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας είναι τα λιγότερο μελετημένα. Ωστόσο, οι σύγχρονες μέθοδοι μελέτης μας επιτρέπουν να ελπίζουμε ότι τα επόμενα χρόνια ένα άτομο θα γνωρίζει πολλές λεπτομέρειες για τη δομή της ατμόσφαιρας στο κάτω μέρος της οποίας ζει.
Συμπερασματικά, παρουσιάζουμε μια σχηματική κατακόρυφη τομή της ατμόσφαιρας (Εικ. 7). Εδώ, τα υψόμετρα σε χιλιόμετρα και η πίεση του αέρα σε χιλιοστά απεικονίζονται κατακόρυφα και η θερμοκρασία απεικονίζεται οριζόντια. Η συμπαγής καμπύλη δείχνει τη μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα με το ύψος. Στα αντίστοιχα ύψη, σημειώθηκαν τα σημαντικότερα φαινόμενα που παρατηρήθηκαν στην ατμόσφαιρα, καθώς και τα μέγιστα ύψη που έφτασαν οι ραδιοφωνικοί ήχοι και άλλα μέσα ηχογράφησης της ατμόσφαιρας.
