آسمان آبي

 

به نظر نيوتن رنگهاي ظاهري اجسام طبيعي بستگي به اين دارد كه از آنها چه رنگي شديدتر منعكس يا به سوي بيننده پراكنده مي شود . به طور كلي ، شيوه ساده اي وجود ندارد كه براساس ساختار سطح تركيب شيميايي و مانند آنها پيش بيني كنيم كه آن ماده چه رنگهايي را منعكس يا پراكنده مي كند. با اين همه ، علت آبي بودن رنگ آسمان را با استدلال ساده اي مي توان توضيح داد.

همان طور كه تامس يانگ با آزمايش نشان داد، طول موجهاي گوناگون نور رنگهاي متفاوت دارند، طول موج نور را با واحد نانومتر يا با واحد آنگستروم مي سنجند. دامنه طيف قابل رؤيت براي آدمي nm 400 براي نور بنفش تا حدود nm 700 براي نور قرمز است.

مانع هاي كوچك مي توانند انرژي يك موج فرودي را در همه جهتها پراكنده كنند، و مقدار پراكندگي بستگي به طول موج دارد.

به عنوان يك قاعده كلي، هر چه طول موج در مقايسه با اندازه مانع بزرگتر باشد، موج به وسيله مانع كمتر پراكنده مي شود. براي ذراتي كوچكتر از يك طول موج، مقدار پراكندگي نور با عكس توان چهارم طول موج تغيـــيــر مي كند. مثلاً ، طول‌موج نور قرمز در حدود دو برابر طول موج نور آبي است. بنابراين پراكندگي نور قرمز در حدود يك شانزدهم پراكندگي نور آبي است.

اكنون مي توانيد بفهميد كه چرا رنگ آسمان آبي است. نور خورشيد به وسيله مولكولها و ذرات گرد و غبار موجود در آسمان ، كه معمولاً در مقايسه با طول موجهاي نور مرئي بسيار كوچكند، پراكنده مي شود. به اين ترتيب، نور طول موجهاي كوتاه (نور آبي) بسيار شديدتر از نور طول موجهاي بلندتر به وسيله اين ذرات پراكنده مي شوند. وقتي كه به آسمان صاف نگاه مي كنيم ، بيشتر اين نور پراكنده شده است كه به چشم ما مي رسد. دامنه طول موجهاي كوتاه پراكنده شده (وحساسيت چشم آدمي به رنگ) منجر به احساس رنگ آبي مي شود. از سوي ديگر، فرض مي كنيم كه در يك روز مه آلود به آسمان نگاه مي كنيم.

در اين صورت ، نور آبي باريكه اي كه به چشم ما مي رسد به طور كامل پراكنده شده است ، در حالي كه طول موجهاي بلندتر پراكنده نشده اند. بنابراين، احساس مي كنيم كه رنگ خورشيد متمايل به قرمز شده است.

اگر آسمان جوي نداشت، آسمان سياه به نظر مي‌رسيد، و ستارگان در روز ديده مي شدند. در واقع از ارتفاع Km 16 به بالا، كه در آنجا جو زمين بسيار رقيق مي شود، همان طوري كه فضانوردان دريافته اند ، آسمان سياه به نظر مي رسد و ستارگان در روز ديده مي شوند.

گاهي هوا داراي ذرات گرد و غبار يا قطره هاي آبي به بزرگي طول موج نور مرئي است. اگر چنين باشد، رنگهايي جز رنگ آبي ممكن است به شدت پراكنده شوند. مثلاً، كيفيت رنگي آسمان با بخار آب موجود در جو زمين تغيير مي كند. روزهايي كه هوا صاف و خشك است، آسمان آبي تر از روزهايي است كه رطوبت هوا زياد است. آسمان نيلگون ايتاليا و يونان ، كه قرن‌ها الهام‌بخش شاعران و نقاشان بوده است، به سبب خشكي استثنايي هواي اين سرزمينهاست.

مه آبي ـ خاكستري رنگي كه گاهي شهرهاي بزرگ را مي‌پوشاند بيشتر به سبب ذراتي است كه از موتورهاي درون‌سوز (اتومبيلها ، كاميونها) و كارخانه هاي صنعتي منتشر شده اند. موتور اتومبيل، حتي وقتي كه در حالت خلاص كار مي كند، در هر ثانيه بيشتر از 100 ميليارد ذره منتشر مي كند. بيشتر اين ذره ها نامرئي هستند و اندازه آنها در حدود m 0/000001 است . چنين ذره هايي كالبدي براي تجمع گازها ، مايعات و ذرات جامد ديـگــــــر مي‌شوند. اين ذره هاي بزرگتر سبب پراكندگي نور و تيرگي هوا مي شوند. گرانش بر اين ذره ها تا وقتي كه بر اثر تجمع مواد بيشتر در اطراف آنها خيلي بزرگ نشده اند چندان تأثيري ندارد. اين ذرات اگر بر اثر باران و برف مكرر شسته نشوند ممكن است ماهها در جو زمين بمانند. تأثير چنين ابرهاي غبارآلودي بر آب و هوا و بر سلامتي آدمي بسيار مهم است.

گردآورنده : مريم سبزوار

اثرات خورشید بر شرایط اقلیمی زمین

علاوه بر تاثیری که خورشید بر جو و شرایط اقلیمی زمین باقی می گذارد، میدان مغناطیس زمین نیز از فعالیت ها و اثرات این ستاره فروزان در امان نیست، می دانیم که زمین همانند یک آهن ربای دو قطبی که موقعیت قطبهای آن متناسب با زمان پیوسته در جابجائی است، عمل می کند.
آن قسمت از فضا را که از میدان مغناطیس زمین متاثر است، مغناطکره می نامند. در صورتی که عاملی بنام باد خورشیدی وجود نمی داشت، دامنه مغناطکره زمین تا مسافتی معادل صد برابر شعاع زمین در فضا گسترش می یافت و کره عظیمی را به شعاع تقریبی 000/200/1 کیلومتر در فضا ایجاد می نمود، ولی بادهای خورشیدی کره مزبور را دگرگون ساخت و آن قسمت از مغناطکره زمین را که رو به خورشید واقع است به شعاع 8 تا 10 برابر شعاع زمین فشرده کرده و است و جهت مقابل آن را به شکل دنباله طویلی در فضا پراکنده است. آزمایش هائی که اخیراً بعمل آمده نشان می دهد که دنباله حتی تا 1000 برابر شعاع زمین در فضا کشیده شده است.

آن قسمت از جبهه مغناطکره زمین که با بادهای خورشیدی درگیر می شود و تحت تاثیر ضربات باد مزبور جذب می گردد. مغناط خم نام دارد. سرعت باد خورشیدی پس از برخورد با مغناطکره بطور ناگهانی خود 400 کیلومتر در ثانیه به 250 کیلومتر در ثانیه کاهش می یابد و انرژی رفته به 5 تا 10 برابر حالت عادی یعنی حدود چند میلیون کلوین فزونی میدهد. حد فاصل میان مغناط خم و مغناط مرز ناحیه ای است بنام مغناطپوش که آشفتگی و بی نظمی خطوط میدان از ویژگیهای آن است.
 

توفانهای مغناطیسی

تغییرات باد خورشیدی دگرگونی هایئی را در مغناطکره موجب می شود و در میدان مغناطیس زمین اثر می گذارد و به پدیده ای را بنام توفان مغناطیس ایجاد می کند. موج ضربت ذرات خورشیدی که از زمان پیدایش مشعل ها تا رسیدن به سطح زمین حدود دو روز راه هستند. ابرهای پلاسمای مغناطکره را متراکم می کند و نیروی میدان مغناطیس زمین را یکباره فزونی می بخشد. این عملیات که مدت آن از چند دقیقه تجاوز نمی کند، آغاز ناگهانی توفان نامیده می شود، بدنبال آن نمود آغازین شروع می گردد که از 30 دقیقه تا چند ساعت به درازا می کشد. طی مرحله بعدی که نمود اصلی نام دارد، انرژی مغناطیسی آزاد می گردد و با پدید آوردن جریان هائی در مغناطکره موجبات افت توان مغناطیسی زمین را به مدت چند ساعت تا یک روز فراهم می آورد و پس از آن طی چند روز به حال عادی باز می گردد.
این قبیل توفان های مغناطیسی معمولاً هر 27 روز یک بار تکرار می گردد.


کمربندهای وان آلن

در مغناطکره زمین، منطقه در واقع ممنوعه ای وجود دارد که ذرات بسیار پر انرژی و باردار کیهانی در آن به دام می افتند. این منطقه که در سال 1958 به کمک سفینه های اکسپلورز 1 و 3 شناخته شده، به افتخار کاشف آن، دکتر جیمزوان آلن نامیده می شود. کمربندهای وان آلن که ذرات باردار را منعکس می سازند، از دو لایه جدا از هم تشکیل یافته اند. لایه درونی که نواری است به شعاع حدود 5/1 برابر شعاع زمینی و لایه بیرونی به شعاع حدود 5 برابر شعاع زمین می باشند، همانند کمربندهائی پیرامون سیاره ما را در برگرفته اند. مواد کمربند درونی در مقایسه با مواد کمربند بیرونی از پرورش ها و الکترون های پر انرژی متراکم تری تشکیل یافته است.

مهمترين عوامل در تغيير مقدار انرژي تابش كه به سطح زمين مي‌رسد

1- انحراف محور گردش وضعي و گردش به دور خورشيد : باعث مي‌شود كه اشعه خورشيد تحت زاويه‌اي كه با ايام سال و در نواحي مختلف متغير است به زمين مي‌رسد.

2- ضخامت اتمسفر : كه محل عبور اشعه خورشيد است انرژي خورشيدي كه وارد اتمسفر مي‌شود در ارتفاع كم بيشتر از ارتفاعات زياد، توسط هوا و ذرات خارجي موجود در جو تصفيه مي‌شود ضعف نور خورشيد به هنگام غروب را مي‌توان با تابش آن در ظهر مقايسه كرد.

3- ذرات خارجي از قبيل گردوغبار‌ـ ابر‌ـ در اتمنسفر با توجه به مكان و زمان داراي تغييرات مشخصي هستند. غبار روي قسمت‌هاي مياني اقيانوس حداقل و در صورتي كه اتمسفر شهرهاي صنعتي حداكثر مقدار غبار را دارد و ذرات غبار و آب در تصفيه قسمت زيادي از انرژي خورشيدي بوسيله جذب‌‌ـ انعكاس‌ و پخش حائز اهميت بسيارند.

4- دوره تابش خورشيدي : در يك مكان بندرت مي‌توان ديد كه دوره تابش خورشيدي ثابت باشد. اين امر خود سهم بسزائي در تغيير ميزان انرژي ورودي از خورشيد در دوره‌هاي مختلف سال و در نقاط مختلف كره زمين دارد.

5- تركيبات سطح زمين : تنوع در تركيبات زمين سبب تفاوت‌هاي چشمگيري در مقدار انرژي جذب شده مي‌گردد.

6- اثرات نا برابر خشكي‌‌ها و آبها : عواملي مانند شفافيت آب‌ـ گرماي ويژه خيلي بيشتر از گرماي ويژه سنگ و سيال بودن آب، جريان آب و عمل تبخير باعث گرم نامساوي خشكي و دريا مي‌شود.

 .