فيزيك فضا و اتمسفر

فيزيك فضا و اتمسفر

فيزيك فضا و اتمسفر
علم فیزیک – فيزيك فضا و اتمسفر

انسان كنجكاو همواره در جريان پيشرفت علوم مختلف از فضاي بالاي سر خود غافل نبوده ‌است. و تلاش فوق‌العاده زيادي را جهت گشودن اسرار آن انجام داده‌است. انواع ماهواره‌هاي فضايي ، سفينه‌هاي فضايي ، تلسكوپهاي گوناگون از جمله ابزار و وسايلي هستند كه در اين راستا توسط انسان ايجاد شده‌اند.

فيزيك فضا يكي از اين شاخه‌هاي علم فيزيك است كه تا اندازه‌اي پاسخگوي هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا مي‌باشد. بخشي از فيزيك فضا كه در آن اجرام آسماني مورد مطالعه قرار مي‌گيرد، مكانيك سماوي است. در اين بخش نيروهاي موثر بر حركت اجسامي نظير سيارات ، ماهواره‌ها و پروپهاي مصنوعي مورد مطالعه قرار مي‌گيرد.

فيزيك فضا و اتمسفر – 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 مي‌گيرد كه خورشيد در يكي از كانونهاي آن بيضي قرار دارد.

– مدار يك سياره به ‌دور خورشيد ، سطحي را تشكيل مي‌دهد 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 فضا و اتمسفر – فيزيك اتمسفر

فيزيك فضا يك علم بسيار جديد است. با وجود اين يك تكنولوژي مهم سبب حل بسياري از ناشناخته‌هاي قبلي بوده ‌است. محيط ، فضايي از اندركنش‌هاي زيادي مانند نيروي گرانشي ، ماگنتواستاتيك ، الكترواستاتيك ، الكترومغناطيس و … ، نسبت به زمان تغييرات مهمي را نشان مي‌دهد كه طبيعت تركيب و توزيع ماده ، دماي گاز بين ستاره‌اي را تغيير مي‌دهد.

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 مي‌گيرند.

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 مي‌كند. در اثر اين فرايندها قسمت اعظمي از تابش خورشيدي كه براي انسان و موجودات زنده زيان ‌آور است، جذب مي‌گردند. تعدادي از اين پديده‌هاي برهمكنشي عبارتنداز :

فيزيك فضا و اتمسفر – جذب تابش در اتمسفر :

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

فيزيك فضا و اتمسفر -پديده يونش :

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

تابش فيزيك امواج كوتاه خورشيدي

اكنون تكنولوژي پژوهشهاي فضايي توسعه يافته ‌است و اطلاعات غير مستقيم تابش خورشيدي كه موجب يونش مي‌شوند، 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 مي‌توان طيف فيزيك امواج كوتاه خورشيد را عكسبرداري كرد و اثر فوتوالكتريكي را با موشكها مشاهده كرد.

پديده‌هاي بارز فيزيك فضا

فيزيك فضا و اتمسفر -فروغ آسماني :

آسمان شب سياه كاملا تاريك نيست. ستارگان ، سيارات ، نور منطقه البروجي و ماه هر كدام سطح زمين را روشن مي‌كنند. در عرضهاي بالاتر شعله‌هاي شفق و سوسوزدن در سراسر آسمان وجود دارد و اين پديده‌ها بر حسب اقتضا در عرضهاي متوسط زمين ظاهر مي‌شوند. اتمسفر سياره در پي اين اثرات تابش مي‌كند، كه اين تابش را فروغ آسماني مي‌گويند.

فيزيك فضا و اتمسفر – شفق قطبي :

در عرض‌هاي بالاي زمين ، آسمان شب گاهي به صورت ناگهاني و به شكل متحرك روشن مي‌شود كه اين درخشش‌ها را شفق قطبي مي‌گويند. اين درخشش‌ها شفاف هستند و مي‌توان ستارگان را از داخل آنها مشاهده كرد. اغلب درخشندگي آنها به اندازه‌اي است كه با نور آنها مي‌توان نوشته‌اي را مطالعه كرد. معمولا در هر شب روشن مي‌توان شفق قطبي شمالي و شفق قطبي جنوبي را در آسمان مشاهده كرد.

فيزيك فضا و اتمسفر – طوفان مغناطيسي :

اغلب در ميدان مغناطيسي زمين يك تغيير ناگهاني ظاهر مي‌گردد 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 مي‌شود، يك طوفان مغناطيسي با يك يا دو روز تاخير شروع مي‌شود.

فيزيك فضا و اتمسفر – كمربندهاي تشعشعي زمين :

در مورد پديده‌هاي مربوطه به ذرات باردار موجود در جو زمين نظريه‌هاي گوناگوني به‌وسيله دانشمندان مختلف ارائه شده‌است. از جمله اين افراد مي‌توان 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 ماهواره‌هاي خود تعبيه كردند. آنان توانستند مناطق تشعشعي از ذرات باردار را كه در ميدان مغناطيسي زمين به‌دام افتاده بودند، نشان دهند. اين مناطق به كمربندهاي تشعشعي وان آلن معروف شدند.

ارتباط فيزيك فضا با شاخه‌هاي ديگر فيزيك

شاخه‌هاي مختلف علم فيزيك را مي‌توان مانند دانه‌هاي يك زنجير تصور كرد كه به صورت محكم به يكديگر پيوند خورده‌اند، با اين تفاوت كه در برخي موارد مرز موجود ميان اين دانه‌ها به اندازه‌اي پيچيده است كه به راحتي نمي‌توان 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 هسته‌اي و … مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. طبيعت امواج الكترومغناطيسي كه خورشيد به عنوان يك چشمه عظيم توليد اين فيزيك امواج است، در فيزيك امواج و فيزيك راديو بررسي مي‌شود. هر كدام از اين علوم ، فضا را از ديدگاه خاصي مورد توجه قرار مي‌دهد.

ارتباط فيزيك فضا با علوم ديگر

تنها شاخه‌هاي 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 تشكيل‌دهنده اتمسفر در علم شيمي به تفضيل مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرد.

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 مي‌كند و همين امر موجب پيشرفت در علوم مختلف مي‌شود. فيزيك فضا نيز از اين پيشرفت و ترقي مستثني نمي‌باشد. شايد روزگاري تمام اطلاعات بشر از فضا محدود به چند نظريه و يا پيشگويي بود، اما امروزه با فرستادن انواع سفينه‌هاي فضايي و ماهواره‌ها به فضا ، اطلاعات بسيار درست و دقيقي از فضا در اختيار انسان قرار مي‌گيرد.

فيزيك فضا و اتمسفر ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : دانشنامه رشد

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن با ماهواره‌ها در محاسبات جدید

چگونگی جذب نورهای رنگی مختلف توسط دی‌اکسیدکربن می‌تواند به اقلیم‌شناسان کمک کند با یک روش محاسباتی جدید به کمک ماهواره‌های فضایی به پایش دی‌اکسیدکربن جو بپردازند.

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن
علم فیزیک – پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن

به گزارش سرویس علمی ایسنا منطقه خراسان، تیمی از دانشمندان به رهبری کالج دانشگاهی لندن، محاسبات جدیدی را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند به دقت چگونگی جذب نور رنگهای مختلف را با دی‌اکسیدکربن پیش‌بینی کند.

این امر به دانشمندان هواشناسی در بررسی انتشارات گازهای گلخانه به منظور تعبیر بهتر اطلاعات بدست آمده از ماهواره‌ها و ایستگاههای زمینی سنجش دی‌اکسیدکربن کمک خواهد کرد.

به عبارت دیگر، این محاسبات، نظارت بر دی‌اکسیدکربن از فضا را ارتقا خواهد بخشید. چنین سنجش‌هایی در تحقیقات تغییرات آب‌وهوایی از اهمیت بسیاری برخوردارند. با بهبود درک محققان از میزان جذب تشعشعات توسط دی‌اکسیدکربن، عدم اطمینان‌ در مدلسازی تغییرات اقلیمی کاهش می‌یابد و درخصوص این‌که در طول چند دهه‌ آینده زمین چه اندازه در حال گرم شدن است پیش‌بینی‌های درست‌تری به دست دهد.

این تحقیق توسط دانشمندان کالج دانشگاهی لندن، دانشگاه علوم روسیه، موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا و دانشگاه نیکولاس کوپرنیک لهستان انجام شده و نشان می‌دهد که قوانین پایه‌ای مکانیک کوانتوم چگونه به پیش‌بینی دقیق میزان جذب نورهای مختلف توسط دی‌اکسیدکربن کمک می‌کند.

محققان از محاسبات مبتنی بر معادلات مکانیک کوانتومی برای پیش‌بینی چگونگی جذب نور رنگهای مختلف توسط مولکول گاز دی‌اکسید کربن استفاده کردند. آنها همچنین از رایانه‌های قدرتمند برای انجام این پیش‌بینی‌ها بهره بردند که پس از آن با استفاده از سنجش‌های دقیق بدست آمده با روش بسیار حساس (CRDS) تائید شدند.

اگرچه این معادلات مکانیک کوانتومی از مدتها قبل و پیش از تهیه این محاسبات دقیق وجود داشتند، با این حال، بدون فناوری‌های مدرن امکان استفاده از آنها برای این کار وجود نداشت.

ترکیبی از رایانه‌های مدرن و روشهای بدیع حل مشکل به این معنی است که در حال حاضر دانشمندان می‌توانند از نظریه کوانتوم برای محاسبه قدرت جذب نور در هر طول موج توسط دی‌اکسید کربن استفاده کنند.

این کشف به دانشمندان کمک می‌کند از چگونگی کارکرد دی‌اکسیدکربن در جو مطلع شده و به طور دقیق منابع انتشار این گاز را تشخیص دهند که این امری حیاتی در پیش‌بینی وضعیت آینده زمین است.

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک