Aeronomi

Aeronomi


(fr aâronomie''den) Yer'in ya da genel olarak gezegenlerin atmosfer özelliklerini koşullandıran fiziksel ve kimyasal olayları inceleyen bilim dalı

ANSİKL Eskiden üst atmosfer konusundaki bilgimiz kutup ışıklarının ya da kayan yıldızların gözlemiyle sınırlıydı; yüzyılımızın başında Marconi'nin iyonosferi keşfetmesi, 1930 yılma doğru
Yer'in üst atmosferinde zayıf ya da güçlü bir güneş etkinliği halinde, yükseltinin fonksiyonu olarak, yoğunluğun evrimi

1 102 104 106 10e 1010 1012 yoğuşum (cm1 başına molekül ya da atom)
H : hidrojen atomu
He : helyum
N, : azot molekülü
O, : oksiien molekülü
O : oksijen atomu

orta güçte güneş etkinliği için Yer'in üst atmosferinde yükseltinin fonksiyonu olarak temel bileşenler biçiminde yoğuşumun evrimi

fay ve lord Rayleigh'in atmosferin zayıf ışık yayımını ortaya koymaları bu bilgilerin gelişimini sağladı; sözkonusu ışık yayımı Güneş'in Yer çevresiyle etkileşimini yansıtıyor ve atmosfer ışımasını oluşturuyordu Sonraki dönemlerde, radyotelgraf, kutup ışıklarının incelenmesi ya da Güneş-atmosfer ilişkilerinin fiziği gibi çok çeşitli bilim dallarının tek bir bilim dalına, yani Yer'in orta (15-100 km) ve yüksek (100 km üstünde) atmosferinin fiziksel kimyasına bağlı olduğu ortaya çıktı 1951'de S Chapman, bu yeni uzmanlık dalı için "aeronomi" adını önerdi Böylece eski Uluslararası Yer manyetizması ve elektrik birliği, Uluslararası Yer manyetizması ve aeronomi birliği adını aldı 1950' den sonra Barbier, atmosfer yayımını sistemli olarak-Yer'de inceledi; Nicolet de ortaya çıkan kimyasal tepkimeleri ilgi çekici biçimde betimledi Öte yandan, atmosfer parametrelerini doğrudan doğruya ölçme olanağını sağlayan uzay teknikleri, yirmi yıldan bu yana Yer aeronomisinin büyük ölçüde gelişimine katkıda bulundu; ayrıca Venera, Mariner, Pioneer, Viking ve Voyager gibi gezegen sondaları sayesinde Venüs, Mars, Jüpiter, io ya da Titan aeronomileri büyük ilerleme gösterdi

Aeronomi, bir gezegen atmosferinin fiziksel hali üstünde Güneş enerjisinin kimyasal etkisini temel problem olarak ele alır; dolayısıyla yansız ya da iyonlaşmış parçacıklardan (plazma) oluşan, çok sey-reltik bir ortama kimya ve fiziğin temel kavramlarını uygulama yollarını arar Troposfer (meteoroloji) ve manyetosferin incelenmesinden kaynaklanan sorular, genellikle aeronominin konusu dışında kalır; ayrıca stratosferdeki hareketlerin betimlenmesi de meteorolojinin alanına girer; bununla birlikte, stratosfer kimyası daha çok aeronominin konusudur Öte yandan, iyonosfer (- >Aeronomide kullanılan ad dizini Bir gezegen atmosferinin uzlaşmalı olarak katmanlar halinde yapılandığı varsayılır; katmanların bir parametresi sabittir ya da tekdüze olarak değişir

Yer'in atmosferi aşağıdan yukarıya doğru, Güneş ışınımlarını soğurma oranına göre sıcaklığı almaşık olarak azalan ya da artan bölgelere bölünmüştür: troposfer (yaklaşık 0-12 km), stratosfer(12-50 km), mezosfer (50-85 km) ve termosfer (85-600 km) Öte yandan bileşimleri göz önüne alınarak bir başka ayırım yapılmıştır: homosfer'in (0-100 km) bileşimi karışım yoluyla sabit kalır; heterosfer'de (100-500 km) farklı kütleli gazlar, çekim alanı içinde birbirinden ayrılır; egzosfer'de (500 km üstünde) en hafif atomlar (Yer'in ilkel atmosferinin temel bileşenleri H ve He) balistik yörüngeler çizer ve yerçekiminden kurtulabilir Nihayet elektromanyetik yapının incelenmesi, güçlü bir iyonlaşma gösteren D (60-85 km), E (90-120 km) ve F (150-600 km) bölgelerinin yanı sıra, manyetosferi ortaya çıkarmıştır; bu sonuncu bölgede seyreltik atmosfer plazmasına Yer'in manyetik alanının etkisi egemendir
Araştırma yöntemleri Bir gezegenin atmosferini betimlemek için, onun yeterli sayıda bölgesinde, basınç, sıcaklık, yoğunluk, kimyasal bileşim, rüzgâr vb gibi parametreleri ve bunların zamanla değişimlerini belirlemek gerekir Parametrelerden bir kısmı uçak, balon, füze ya da uyduyla yerel olarak ölçülebilir

Uyduyla ölçümde çok iyi bir uzay-zaman örtüsü elde edilir; ama uydular büyük yükseltilerde yörüngeye oturtulduğundan (çok yoğun atmosferin yıpratıcı sürtünmesinden kaçınmak için), orta atmosfer, yalnızca üstten sondaj yapılarak incelenebilir Uzaktan ölçüm teknikleri arasında en yaygın olanlar şunlardır: soğurulan Güneş ışığının ya da atmosfer ışımasının gözlemi (ışıköl-çüm, tayf ölçüm ya da girişim ölçüm) kimyasal bileşimi verir; göktaşı izleri ya da füzeyle püskürtülen yapay bulutlar (sodyum) incelenerek yüksek katmanlardaki rüzgâr belirlenir; ayrıca radyoelektrik dalgaları (radar) ya da ayarlanır laserden (lidar) yayılan ışık dalgalarıyla sondaj yapılır ve yapay uyduların yörünge verileri çözümlenir


Uzay mekiğiyle fırlatılacak Avrupa Uzay laboratuvarının (Spacelab) ilk görev yolculuğunda yapılması düşünülen dokuz deney aeronomiye, özellikle atmosferin azınlık bileşenleriyle ilgili araştırmalara ayrılacaktır

Kimyasal aeronomi elementleri Bir gezegen atmosferinde oluşan bütün kimyasal tepkimelerin bilinmesi, oradaki olayların ve özellikle ortaya çıkan ısı alışverişinin anlaşılması için zorunludur Kimyasal olaylar, atmosferin üst bölgesine ulaşan, Güneş'in morötesi, görünen ışık ya da kızılaltı ışınımlarından kaynaklanır (Güneş DEĞİŞMEZİ) Bu ışınımlar, hava molekülleri (Rayleigh yayınımı) ve aerosollar (Mie yayınımı) tarafından dağıtılır ve atmosfer penceresi dışında tümüyle soğurulur

Yer atmosferinde kızılötesinin soğurulmasına, (02 H2Ö, C02 ) molekül kuşakları neden olur; morötesi-nin soğurulmasıysa, atmosferdeki moleküllerin ayrışmasına, iyonlaşmasına ya da uyarılmasına yol açar ve 20 ile 85 km yükseltilerde (kimosfer) yoğun bir kimyasal etkinliğe olanak verir Yeni bileşenler, özellikle oksijen atomları ışıl ayrışım'la ortaya çıkar (02 + hv - (Klor:03 + CHCIO + 02;CIO + O -CI + 02 Azot oksitleri:03+NO-N02 + 02; N02 + O -NO + 02) iyonlaşma NO +, °2 Nİ 0+ ' He + ,H--)

iyonlarınınyerleştiği, D, E ve F iyonosfer bölgelerinin oluşumunu belirler; iyonlar ise yeniden bileşim ya da yük alışverişi tepkimelerine yol açar Nihayet uyarma,Güneş ışınımı ya da öbür parçacıklarla tepkimeye girme olayı yüzünden doğar ve geceleri gökte görünen atmosfer ışımasının tayf çizgileri ya da kuşakları ortaya çıkar (Örneğin O + O + O - �i>Bir gezegen çevresinin fiziksel öğeleri (hidrostatik ve termodinamik) Atmosfer, çevrelediği gezegenin çekim alanının etkisinde kalır; bu yüzden yükselti büyüdükçe yoğunluğu düşer Nitekim Yer atmosferinde yoğunluk düşüşü, yeryüzüyle 100 km arasında 106 çarpanıyla gerçekleşirken, yükseldikçe yavaşlar ve Güneş etkinliği hafiflediği ölçüde zayıflar Hidrostatik ve ideal gaz denklemleri, bir atmosferin basınç özelliklerini dPiP = dzi H bağıntısıyla belirleme olanağını verir; bağıntıda P basıncı, z yüksekliği ve H = klimg ölçek yüksekliğini gösterir (k Boltzmann değişmezi, T kelvin cinsinden sıcaklık, m molekül kütlesi, g yerçekimi ivmesi)

Homosferin ince bir katmanı için (T ve g değişmezdir) bu bağıntı, basıncın yükseltiyle üstel olarak düştüğünü gösterir; bu denklem genel hale uygulanabilir; bu amaçla z'ye göre çi'nin değişimi göz önüne alınır, H'nin değişmez bir gradyanı gösterdiği varsayılır ve heterosferde m'nin değişimi hesaba katılır Yer için H aşağı atmosferde 8,5 km düzeyindedir ve T'nin çok yüksek olduğu egzo bazda 100 km'ye ulaşır Atmosfer havası, izobar ve adiya-batik dönüşümlerin benzerlerine uğrayabilir; bu dönüşümler içinde su buharı zenginliği (orta atmosferde çok zayıf, ama Yer troposferinde önemsenecek ölçüde), belirgin biçimde olaya katılır Bir atmosferde başlıca ısı kaynakları şunlardır:

Güneş ışınımını soğurma, kimyasal tepkimeler, yüklü taneciklerin enerjisini soğurma (kutup ışığı olayı), hidrodinamik dalgaların dağılımı (ağırlık dalgaları ve gelgit) ve Joule etkisiyle ısınma (iyonosfer akımı); en önemli ısı kuyusu, atmosfer bileşenlerinin kızılaltı ışınımlarını soğurması sonucunda oluşur Bu kaynaklar ya da ısı kuyuları bilinirse, enerjinin korunumu denklemi kullanılarak ısıl bilanço bulunabilir; ölçüleme-yen çeşitli parametrelerin yaklaşık değerlerini bulmak için kütle ve kinetik momentin korunumuna ilişkin temel denklemlerden yararlanılabilir

Bilanço Demek ki, bir atmosferin fiziksel kimyası, bazı parametrelerin yöresel ölçümünün yo da uzaktan belirlenmesinin yanı sıra, göz önüne alınan ortamın fiziksel yapısının ve orada oluşan kimyasal tepkimelerin (hızları laboratuvarda ölçülebilir) bilinmesi durumunda da ortaya konabilir Günümüzde Yer'in üst atmosferi yeterince bilinse bile, kuramsal ve deneysel güçlükler orta atmosferin incelenmesini sınırlar Uluslararası orta atmosferi inceleme programı, gelecek yıllarda bu gecikmeyi giderebilir ve stratosferin kirlenme tehlikesiyle iklim değişikliklerine ilişkin problemleri daha iyi belirleme olanağını verebilir