-
فيزيك اتمسفر
نگاه اجمالی
اگر اطلاعاتی هر چند اندک در مورد فضا داشته باشیم، ملاحظه می‌کنیم که در فضای بالای سرمان ، غوغایی بر پاست. انواع گوناگون اندرکنش بین ذرات مختلف وجود دارد و شاید همین گستردگی اطلاعات مربوط به فضا موجب شده است که علوم مختلفی مانند مکانیک سماوی ، اختر فیزیک ، نجوم و کیهان شناسی ایجاد شده‌اند. که هر کدام از آنها رویدادهای موجود در فضا را از دیدگاههای ویژه‌ای مورد مطالعه قرار می‌دهند. فیزیک اتمسفر یکی دیگر از علوم است که از منظری دیگر به فضا می‌‌نگرد.
اتمسفر زمین
محدوده اطراف زمین به صورت ناحیه فضایی مورد مطالعه قرار می‌گیرد که تاثیرات زمین در آن ناحیه از اهمیت اساسی برخوردار است. این تأثیرات بر حسب فاصله از زمین به صورت یکسان صورت نمی‌گیرند. به عنوان مثال جاذبه گرانشی زمین ، وقتی که از اثرات ماه صرفنظر کنیم تا فاصله 8 کیلومتری یا تقریبا 125 برابر شعاع کره زمین گسترش دارد. تأثیر میدان مغناطیسی زمین تا فاصله دهها برابر شعاع کره زمین و نسبت به جهت تابش خورشید و فعالیت آن گسترده است. اما سرانجام اتمسفر زمین بعد از چندین صد کیلومتر قابل صرفنظر کردن است.
عوامل موثر در طبقه‌بندی اتمسفر
وقتی که از سطح زمین بالا می‌‌رویم، بر حسب ارتفاع با طبقات مختلف اتمسفر روبرو می‌شویم، که در این طبقه‌بندی بعضی پارامترها اهمیت ویژه‌ای خواهند داشت. از جمله این پارامترها میتوان به طبیعت مولکولها و یونها در اثر میدان گرانش زمین ، جذب تابش خورشیدی و دما اشاره نمود. حدود لایه‌های مختلف نه از نظر فضایی و نه از نظر زمانی بطور مطلق ثابت نیست و دلیل آن ثابت نبودن پارامترهای مداخله کننده است.
دمای لایه‌های بالایی وابسته به جذب خورشیدی ، در هنگام روز و شب متفاوت خواهد بود. حالت الکتریکی طبقات اتمسفر و ترکیبات آنها بر اثر فعالیت خورشید تغییر می‌کند. به علاوه لازم است تغییرات محل جغرافیایی ، مانند میدان مغناطیسی زمین در نظر گرفت. با وجود این میتوان این تغییرات به صورت مقادیر متوسطی لحاظ شده و این مقادیر متوسط به صورت مرجع در نظر گرفته شوند.
طبقه‌بندی لایه‌های اتمسفر
طبقه‌بندی لایه‌های مختلف اتمسفر بر اساس خاصیت مورد بررسی متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال ، اگر ترکیبات اتمسفر مورد توجه باشد، میتوان دو ناحیه اساسی در نظر گرفت. پایینتر از شعاع 80 کیلومتری به نام هموسفر معروف است که دارای ترکیبات ثابت می‌‌باشد. بالاتر از شعاع 80 کیلومتری به نام هتروسفر معروف است. ترکیبات شیمیایی این ناحیه بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌‌کنند. اگر حالت الکتریکی مطرح باشد، پایینتر از 50 کیلومتری به نام جو خنثی نامیده می‌شود که در آنجا پدیده‌های یونش قابل اغماض است. بالاتر از 50 کیلومتری تا شعاع حدود 1000 کیلومتری که طبیعت یونها به سایر پارامترهای محیط وابسته است، یونسفر نامیده می‌شود. خود یونسفر نیز برحسب ارتفاع به لایه‌های دیگر تقسیم می‌شود. بالاتر از 1000 کیلومتری تا پلاسمای بین سیاره‌ای ، الکترونها حاکم بوده و ناحیه پروتونوسفر نامیده می‌شود.
اگر طبقه‌بندی برحسب دما صورت گیرد، در این صورت تا ارتفاع 12 کیلومتری به نام تروپوسفر ، از ارتفاع 12 تا 40 کیلومتری به نام استراتوسفر ، از ارتفاع 40 تا 80 کیلومتری به نام فروسفر و از ارتفاع 80 تا 600 کیلومتری به نام ترموسفر خوانده می‌شود. همچنین میدان مغناطیسی نیز امکان می‌دهد که ماگنتوسفر را مشخص کنیم. ماگنتوسفر تا 10 برابر شعاع کره زمین در جهت خورشید و 60 برابر شعاع کره زمین در خلاف جهت خورشید گسترده شده است.
ترکیبات اتمسفر
به استثنای اوزون ، سایر مولکولهای تشکیل دهنده اتمسفر در اثر نیروی گرانش زمین در حالت تعادل هستند. به تدریج که ارتفاع زیاد می‌شود، جرمهای مولکولی کاهش پیدا می‌‌کنند. پایینتر از 80 کیلومتری ترکیب متوسط هوا ، ثابت و منطبق بر جرم مولکولی متوسط 29 (اکسیژن و ازت مولکولی) منطبق است. بالاتر از ارتفاع 90 کیلومتری ، تجزیه مولکولهای اکسیژن بر اثر امواج فرابنفش سبب تولید اکسیژن اتمی با نصف جرم مولکولی می‌شود.
با افزایش ارتفاع نسبت اکسیژن اتمی با نصف جرم مولکولی بر اکسیژن () افزایش پیدا می‌کند، بطوری که در ارتفاع 500 کیلومتری تقریبا اکسیژن مولکولی باقی نمی‌‌ماند. مولکول نیتروژن به سختی تجزیه می‌شود و حتی در ارتفاع 500 کیلومتری سهم نیتروژن اتمی بسیار کم است. از ارتفاع 600 کیلومتر به بعد هلیوم تشکیل دهنده اصلی است و نسبت هلیوم بر اکسیژن اتمی () بزرگتر از واحد است.
