مقدمه

محیط فضایی از اندرکنشهای زیادی مانند نیروهای ثقل ، ماگنتو استاتیک ، الکترو استاتیک ، الکترومغناطیس و ... نسبت به زمان و مکان تغییراتی مهم را نشان می‌دهد که طبیعت ترکیب و توزیع ماده ، دمای گاز بین سیاره‌ای خواه یونیزه و یا خواه خنثی را تغییر می‌دهد. محدوده زمینی بصورت ناحیه فضایی مورد مطالعه قرار می‌گیرد که تأثیرات زمین در آن ناحیه از اهمیت اساسی برخوردار است. این تأثیر بطور یکسان بر حسب فاصله از زمین صورت نمی‌گیرد. تأثیر میدان مغناطیسی تا دهها برابر شعاع کره زمین و نسبت به جهت تابش خورشید و فعالیت آن گسترده است و بالاخره اتمسفر زمین پس از چندین کیلومتر قابل صرفنظر کردن است.

وقتی به تدریج از سطح زمین بالا می‌رویم، بر حسب ارتقاع با طبقه بندی اتمسفری روبرو خواهیم شد که بعضی پارامترها اهمیت ویژه‌ای خواهند داشت. طبیعت مولکولها یا یونها که وابسته به میدان ثقلی زمین ، جذب تابش خورشیدی و بنابراین دما ، چگالی و همچنین یونش را تغییر می‌دهد. حدود لایه‌های فضایی نه از نظر فضایی و نه از نظر زمانی بطور مطلق ثابت نیست. زیرا که پارامترهای مداخله کننده خود نیز ثابت نیستند. دمای لایه‌های بالایی وابسته به جذب خورشیدی در هنگام روز و شب متفاوت خواهد بود. ترکیبات آنها بر اثر فعالیت خورشیدی تغییر می‌کند. به علاوه لازم است تغییرات محلی جغرافیایی را مانند میدان مغناطیسی زمین در نظر گرفت. اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما ، اختلاف چگالی ، تغییرات فشار ، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الکتریکی به لایه‌های زیر تقسیم کرده‌اند:

تروپوسفر (Troposphere)

تروپوسفر پایینترین لایه اتمسفر است که خود از لایه‌های کوچکتری تشکیل شده است. وجه تمایز این لایه با دیگر لایه‌های اتمسفر ، تجمع تمامی بخار آب جو زمین در آن است؛ به همین دلیل بسیاری از پدیده‌های جوی که با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین کننده در وضعیت هوا به شمار می‌آیند (از قبیل ابر ، باران ، برف ، مه و رعد و برق) تنها در این لایه رخ می‌دهند. منبع حرارتی لایه تروپوسفر انرژی تابشی سطح زمین است. از اینرو با افزایش ارتفاع با کاهش دما مواجه خواهیم بود. ضخامت تروپوسفر ، از شرایط حرارتی متفاوتی که در عرضهای جغرافیایی مختلف حاکم است تبعیت می‌کند. این ضخامت معمولا از 17 تا 18 کیلومتر در استوا به 10 تا 11 کیلومتر در مناطق معتدل و 7 تا 8 کیلومتر در قطبها تغییر می‌کند.

استراتوسفر (Stratosphere)

لایه استراتوسفر بر روی لایه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر اول استراتوسفر ، دمای هوا ثابت است، اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می‌یابد. در استراتوسفر به ندرت ابر تشکیل می‌شود و تنها در شرایط ویژه‌ای ممکن است ابرهای کوهستانی به نام ابرهای مرواریدی در ارتفاع 21 تا 29 کیلومتری از سطح زمین ظاهر شوند که علت وجود آنها حرکات موجی شکل هوا از سوی موانع می‌باشد.
از دیگر ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است که بخصوص در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین بر اثر واکنشهای مختلف فتوشیمیایی بدست می‌آید. مقدار ازن در این لایه معمولا روند فصلی دارد حداکثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده می‌شود.

مزوسفر (Mesosphere)

مزوسفر در بالای لایه گرم ازن لایه مزوسفر قرار دارد که دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ 0.3 سانتیگراد به ازای هر 100 متر کاهش می‌یابد بطوری که دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع 80 تا 90 کیلومتری به 80- درجه سانتیگراد می‌رسد. نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچیز موجود در این لایه است که باعث بوجود آمدن ابرهای شب تاب می‌شوند. این ابرها در تابستان و در عرضهای بالا دیده می‌شوند. مزوسفر سردترین لایه اتمسفر تلقی می‌شود.

یونسفر (Ionosphere)

یونش اتمسفر در عرضهای مغناطیسی پایینتر از 60 درجه و به هنگام روز بر اثر یونش فوتونی اتمها و مولکولای اتمسفر با امواج الکترومغناطیسی کوتاه (XUV) تابشی از خورشید است. این گفتار در ارتفاعات بالاتر از 120 کیلومتری صحت دارد. یونسفر از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی 1000 کیلومتری اتمسفر زمین ، بار الکتریکی شدیدی حاکم است که زاییده وجود یونها و الکترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید که از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می‌شوند باعث گسستگی پیوند یا یونیزاسیون مولکولها و اتمها می شوند.

بر اثر یونیزاسیون ، الکترون آزاد می‌شود و باقی مانده اتم بصورت یون در می‌آید؛ به همین علت این لایه از جو را یونسفر نامیده‌اند. شدت یونیزاسیون در تمام ارتفاعات یونسفر یکسان نیست؛ بنابراین لایه‌های متفاوت با تراکم الکترون و یون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در یونسفر وجود دارد؛ این لایه‌ها در ارتباطات رادیویی اهمیت بسیاری دارند. این لایه ها عبارتند از لایه‌های D ، E ، F.

اگزوسفر (Exosphere)

شرایط موجود در یونسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می‌کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به 11.2 کیلومتر در ثانیه می‌رسد. اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می‌آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده‌اند.

ماگنتوسفر و باد خورشیدی

وقتی میدان مغناطیسی زمین از نظر فضایی دیده شود، دیگر به یک میله مغناطیسی شباهت ندارد. میدان مغناطیسی در طرف روز توسط باد خورشیدی متراکم و در صرف شب خطوط میدان باز و تا فواصل بسیار زیادی از زمین گسترش دارد. باد خورشیدی یک پلاسمای مافوق صوتی که بطور شعاعی به بیرون از تاج خورشیدی جریان می‌یابد. این جریان باد خورشیدی همیشه وجود دارد و بنابراین زمین همواره غوطه‌ور در ذرات داغی است که از اتمسفر خورشید می‌رسند. در داخل ماگنتوسفر مناطق زیر قرار دارند:

• منطقه تله‌ای پایستار که در آنجا خطوط نیرو روی زمین بسته نمی‌شوند و جول محور مغناطیسی زمین در چرخشند.
  
  
• منطقه شبه تله‌ای که در آنجا خطوط نیرو روی زمین در طرف خورشید بسته می‌شوند و خطوط نیرو در طرف شب بازند.

مباحث مرتبط با عنوان

• استراتوسفر
• اگزوسفر
• الکترومغناطیس
• باد خورشیدی
• تشعشات خورشیدی
• تروپوسفر
• خورشید
• میدان مغناطیسی زمین
• فیزک فضا
• لایه ازن
• ماگنتوسفر
• مزوسفر
• یونسفر
• یونیزاسیون