فيزيك فضا و اتمسفر

فيزيك فضا (Space Physics)

انسان كنجكاو همواره در جريان پيشرفت علوم مختلف از فضاي بالاي سر خود غافل نبوده است. و تلاش فوق العاده زيادي را جهت گشودن اسرار آن انجام داده است. انواع ماهواره هاي فضايي ، سفينه هاي فضايي ، تلسكوپهاي گوناگون از جمله ابزار و وسايلي هستند كه در اين راستا توسط انسان ايجاد شده اند.

فيزيك فضا يكي از اين شاخه هاي علم فيزيك است كه تا اندازه اي پاسخگوي هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا مي باشد. بخشي از فيزيك فضا كه در آن اجرام آسماني مورد مطالعه قرار مي گيرد، مكانيك سماوي است. در اين بخش نيروهاي موثر بر حركت اجسامي نظير سيارات ، ماهواره ها و پروپهاي مصنوعي مورد مطالعه قرار مي گيرد.

قوانين كپلر

در سال 1619 ، كپلر در مورد حركت سيارات سه قانون اساسي خود را با استفاده از مشاهدات تيكو براهه بيان كرد. قوانين كپلر كه پايه و اساس قوانين نيوتن و مكانيك كلاسيك براي حركت سيارات است، عبارتند از :

- حركت سيارات به دور خورشيد در يك مدار بيضوي انجام مي گيرد كه خورشيد در يكي از كانونهاي آن بيضي قرار دارد.

- مدار يك سياره به دور خورشيد ، سطحي را تشكيل مي دهد كه اين سطح جاروب شده توسط خط واصل بين سياره و خورشيد با زمان حركت سياره نسبت مستقيم دارد.

- نسبت بين مربع دوره تناوب گردش هر سياره و مكعب نصف محور بزرگ مدار بيضوي ، در مورد هر سياره منظومه شمسي عدد يكساني است.

فيزيك اتمسفر

فيزيك فضا يك علم بسيار جديد است. با وجود اين يك تكنولوژي مهم سبب حل بسياري از ناشناخته هاي قبلي بوده است. محيط ، فضايي از اندركنش هاي زيادي مانند نيروي گرانشي ، ماگنتواستاتيك ، الكترواستاتيك ، الكترومغناطيس و ... ، نسبت به زمان تغييرات مهمي را نشان مي دهد كه طبيعت تركيب و توزيع ماده ، دماي گاز بين ستاره اي را تغيير مي دهد.

در فيزيك اتمسفر پارامترهاي مهم معين در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار ، چگالي ، دما ، ميدان مغناطيسي زمين ، ميدان الكتريكي ، تابش الكترومغناطيسي موجود در اتمسفر ، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار مي گيرند.

برهمكنش نور خورشيد با اتمسفر

انرژي تابش خورشيدي در مسير فاصله خورشيد تا زمين در اثر برخورد با گازهاي موجود در اتمسفر زمين در فرايندهاي مختلفي شركت مي كند. در اثر اين فرايندها قسمت اعظمي از تابش خورشيدي كه براي انسان و موجودات زنده زيان آور است، جذب مي گردند. تعدادي از اين پديده هاي برهمكنشي عبارتنداز :

- جذب تابش در اتمسفر :

در اتمسفر زمين عناصري مانند اوزن ، اكسيژن ، ازت ، هليوم ، گاز كربنيك ، هيدروژن و گازهاي ديگر وجود دارد. همچنين مي دانيم كه امواج الكترومغناطيسي از ذراتي به نام فوتون تشكيل شده اند. اين فوتونها بعد از گسيل از خورشيد توسط عناصر موجود در جو زمين تحت فرايندهاي مختلف مانند پديده فوتوالكتريك ، اثر كامپتون و ... جذب مي شوند.

-پديده يونش :

در اثر برهمكنش فوتون با گازهاي موجود در جو زمين ، اين گازها يونيزه مي شوند. اتمهاي يونيزه دوباره در اثر برخورد با الكترونهاي موجود در اتمسفر در فرايند تركيب مجدد شركت مي كنند. اين فرايندها همچنين در جو زمين انجام مي شوند. يكي از نتايج اين فرايندها ايجاد پلاسما در اتمسفر مي باشد.

تابش فيزيك امواج كوتاه خورشيدي

اكنون تكنولوژي پژوهشهاي فضايي توسعه يافته است و اطلاعات غير مستقيم تابش خورشيدي كه موجب يونش مي شوند، به حد كافي مورد مطالعه قرار گرفته است. اطلاعات اوليه حاصل از پرتاب موشكها ، اشعه ايكس تابشي ناشي از خورشيد ، ، خطوط طيفي ليمن ذره آلفا را نتيجه داده است. با دستگاههاي مجهزتر مي توان طيف فيزيك امواج كوتاه خورشيد را عكسبرداري كرد و اثر فوتوالكتريكي را با موشكها مشاهده كرد.

پديده هاي بارز فيزيك فضا

-فروغ آسماني :

آسمان شب سياه كاملا تاريك نيست. ستارگان ، سيارات ، نور منطقه البروجي و ماه هر كدام سطح زمين را روشن مي كنند. در عرضهاي بالاتر شعله هاي شفق و سوسوزدن در سراسر آسمان وجود دارد و اين پديده ها بر حسب اقتضا در عرضهاي متوسط زمين ظاهر مي شوند. اتمسفر سياره در پي اين اثرات تابش مي كند، كه اين تابش را فروغ آسماني مي گويند.

- شفق قطبي :

در عرض هاي بالاي زمين ، آسمان شب گاهي به صورت ناگهاني و به شكل متحرك روشن مي شود كه اين درخشش ها را شفق قطبي مي گويند. اين درخشش ها شفاف هستند و مي توان ستارگان را از داخل آنها مشاهده كرد. اغلب درخشندگي آنها به اندازه اي است كه با نور آنها مي توان نوشته اي را مطالعه كرد. معمولا در هر شب روشن مي توان شفق قطبي شمالي و شفق قطبي جنوبي را در آسمان مشاهده كرد.

- طوفان مغناطيسي :

اغلب در ميدان مغناطيسي زمين يك تغيير ناگهاني ظاهر مي گردد كه اين آشفتگي مغناطيسي به عنوان طوفان مغناطيسي معروف است. فراواني ظهور اين طوفان به صورت مستقيم به دوره يازده ساله فعاليت خورشيدي مربوط است. با وجود اين زماني كه يك شعله بزرگ خورشيدي ظاهر مي شود، يك طوفان مغناطيسي با يك يا دو روز تاخير شروع مي شود.

- كمربندهاي تشعشعي زمين :

در مورد پديده هاي مربوطه به ذرات باردار موجود در جو زمين نظريه هاي گوناگوني به وسيله دانشمندان مختلف ارائه شده است. از جمله اين افراد مي توان به اشتورمر (Stormer) و بيركلند (Birkeland) اشاره كرد كه بيشتر عمر خود را صرف مطالعه و مشاهدات شفق قطبي كردند. وان آلن و گروه پژوهشگر او با هدف مطالعه اشعه كيهاني كنتورهايي از نوع كايگرمولر را در ماهواره هاي خود تعبيه كردند. آنان توانستند مناطق تشعشعي از ذرات باردار را كه در ميدان مغناطيسي زمين به دام افتاده بودند، نشان دهند. اين مناطق به كمربندهاي تشعشعي وان آلن معروف شدند.

ارتباط فيزيك فضا با شاخه هاي ديگر فيزيك

شاخه هاي مختلف علم فيزيك را مي توان مانند دانه هاي يك زنجير تصور كرد كه به صورت محكم به يكديگر پيوند خورده اند، با اين تفاوت كه در برخي موارد مرز موجود ميان اين دانه ها به اندازه اي پيچيده است كه به راحتي نمي توان آن را تشخيص داد. به عنوان مثال فضاي بالاي سرمان توسط علوم مختلف فيزيك مانند نجوم ، كيهان شناسي ، اختر فيزيك ، مكانيك سماوي ، فيزيك هوا فضا ، فيزيك محيط زيست ، فيزيك نظري ، فيزيك مواد ، فيزيك هسته اي و ... مورد مطالعه قرار مي گيرد. طبيعت امواج الكترومغناطيسي كه خورشيد به عنوان يك چشمه عظيم توليد اين فيزيك امواج است، در فيزيك امواج و فيزيك راديو بررسي مي شود. هر كدام از اين علوم ، فضا را از ديدگاه خاصي مورد توجه قرار مي دهد.

ارتباط فيزيك فضا با علوم ديگر

تنها شاخه هاي مختلف علم فيزيك نيست كه با فيزيك فضا ارتباط ناگسستني دارند، بلكه علوم ديگر مانند زمين شناسي ، شيمي ، رياضيات ، هوا فضا ، زيست شناسي و ... نيز به نوعي با فيزيك فضا در ارتباط هستند. به عنوان مثال ماهيت گازهاي تشكيل دهنده اتمسفر در علم شيمي به تفضيل مورد تجزيه و تحليل قرار مي گيرد.

آينده فيزيك فضا

يكي از مزايا و يا به بيان ديگر معايب علم بشري اين است كه همواره ناقص بوده و روز به روز در حال پيشرفت و تكامل است. عيب بودن از اين لحاظ كه ناقص است و مزيت بودن از اين لحاظ كه اين نقص ، انسان را به تحرك و تحقيق وادار مي كند و همين امر موجب پيشرفت در علوم مختلف مي شود. فيزيك فضا نيز از اين پيشرفت و ترقي مستثني نمي باشد. شايد روزگاري تمام اطلاعات بشر از فضا محدود به چند نظريه و يا پيشگويي بود، اما امروزه با فرستادن انواع سفينه هاي فضايي و ماهواره ها به فضا ، اطلاعات بسيار درست و دقيقي از فضا در اختيار انسان قرار مي گيرد.

Space Physics

انسان كنجكاو همواره در جريان پيشرفت علوم مختلف از فضاي بالاي سر خود غافل نبوده است. و تلاش فوق العاده زيادي را جهت گشودن اسرار آن انجام داده است. انواع ماهواره هاي فضايي ، سفينه هاي فضايي ، تلسكوپهاي گوناگون از جمله ابزار و وسايلي هستند كه در اين راستا توسط انسان ايجاد شده اند.

فيزيك فضا يكي از اين شاخه هاي علم فيزيك است كه تا اندازه اي پاسخگوي هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا مي باشد. بخشي از فيزيك فضا كه در آن اجرام آسماني مورد مطالعه قرار مي گيرد، مكانيك سماوي است. در اين بخش نيروهاي موثر بر حركت اجسامي نظير سيارات ، ماهواره ها و پروپهاي مصنوعي مورد مطالعه قرار مي گيرد.

منبع : دوستان