Tempat meteorit terbakar. Mengapa sebagian besar meteorit terbakar sebelum mencapai permukaan bumi? Intensitas Aurora

Ketika benda meteoroid memasuki atmosfer bumi, banyak fenomena menarik yang terjadi, yang hanya akan kami sebutkan saja. Kecepatan apa pun tubuh kosmik selalu melebihi 11,2 km/s dan dapat mencapai 40 km/s di lingkungan darat dengan arahnya berubah-ubah. Kecepatan linier Gerak Bumi saat mengelilingi Matahari rata-rata 30 km/s, sehingga kecepatan maksimum tumbukan meteoroid dengan atmosfer bumi bisa mencapai kurang lebih 70 km/s (pada lintasan berlawanan).

Awalnya, tubuh berinteraksi dengan atmosfer bagian atas yang sangat tipis, di mana jarak antar molekul gas lebih besar daripada diameternya. Jelasnya, interaksi dengan molekul di atmosfer bagian atas praktis tidak berpengaruh pada kecepatan dan keadaan atmosfer tubuh besar. Tetapi jika massa suatu benda kecil (sebanding dengan massa molekul atau 2-3 kali lipat lebih besar dari itu), maka ia dapat melambat sepenuhnya di lapisan atas atmosfer dan perlahan-lahan akan menetap di permukaan bumi di bawah pengaruh gravitasi. Ternyata dengan cara ini, yaitu dalam bentuk debu, sebagian besar materi padat kosmik jatuh ke Bumi. Telah dihitung bahwa 100 hingga 1000 ton materi luar angkasa tiba di Bumi setiap hari, namun hanya 1% dari jumlah tersebut berupa puing-puing besar yang dapat mencapai permukaannya.

Sebuah benda bergerak yang cukup besar dipengaruhi oleh tiga gaya utama: pengereman, gravitasi, dan dorongan (gaya Archimedean), yang menentukan lintasan pergerakannya. Pengereman efektif terhadap benda-benda terbesar hanya dimulai di lapisan atmosfer yang padat, pada ketinggian kurang dari 100 km.

Pergerakan meteoroid, seperti benda padat lainnya di lingkungan gas, dengan kecepatan tinggi, ditandai dengan bilangan Mach - rasio kecepatan benda dengan kecepatan suara. Jumlah ini bervariasi pada ketinggian penerbangan meteoroid yang berbeda, tetapi seringkali melebihi 50. Gelombang kejut terbentuk di depan meteoroid dalam bentuk gas atmosfer yang sangat terkompresi dan panas. Permukaan tubuh itu sendiri akibat interaksi dengannya

Jika massa benda tidak terlalu kecil atau terlalu besar, dan kecepatannya berkisar antara 11 km/s hingga 22 km/s (hal ini mungkin terjadi pada lintasan yang “mengejar” Bumi), maka benda tersebut mempunyai waktu untuk melambat di atmosfer tanpa terbakar. Setelah itu meteoroid tersebut bergerak dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga ablasi tidak lagi efektif dan dapat mencapai permukaan bumi tanpa perubahan. Jika massa benda tidak terlalu besar, maka penurunan kecepatannya terus berlanjut hingga gaya hambatan udara sama dengan gaya gravitasi, dan kejatuhannya yang hampir vertikal dimulai dengan kecepatan 50-150 m/s. Kebanyakan meteorit jatuh ke bumi dengan kecepatan seperti itu. Dengan massa yang besar, meteoroid tidak punya waktu untuk terbakar atau melambat dan bertabrakan dengan permukaan dengan kecepatan kosmik. Dalam hal ini terjadi ledakan yang disebabkan oleh peralihan energi kinetik benda yang besar menjadi energi termal, mekanik, dan jenis energi lainnya, dan terbentuklah kawah ledakan di permukaan bumi. Akibatnya, sebagian besar meteorit dan permukaan bumi yang terkena dampaknya meleleh dan menguap.

meteoroid(benda meteor) - benda langit yang berukuran antara debu antarplanet dan asteroid.

Di sini kita perlu memahami sedikit terminologi. Terbang ke atmosfer bumi dengan kecepatan tinggi, akibat gesekan menjadi sangat panas dan terbakar, berubah menjadi bercahaya meteor, atau bola api, yang dapat dilihat sebagai bintang jatuh. Jejak meteoroid yang masuk ke atmosfer bumi disebut meteor, dan meteoroid yang jatuh ke permukaan bumi adalah meteorit.
DI DALAM tata surya penuh dengan puing-puing ruang angkasa kecil, yang disebut meteoroid. Ini bisa berupa setitik debu komet, balok batu besar, atau bahkan pecahan asteroid.
Menurut definisi resmi Organisasi Meteor Internasional (IMO), meteoroid- adalah benda padat yang bergerak di ruang antarplanet, ukurannya jauh lebih besar lebih kecil dari asteroid, tetapi signifikan lebih dari satu atom . British Royal Astronomical Society mengajukan rumusan lain, yang menyatakan bahwa meteoroid adalah benda dengan diameter 100 mikron hingga 10 m.

- ini bukan sebuah objek, tapi gejala, yaitu jejak meteoroid yang bersinar. Terlepas dari apakah ia terbang menjauh dari atmosfer kembali ke luar angkasa, terbakar di atmosfer, atau jatuh ke Bumi sebagai meteorit, fenomena ini disebut meteor.
Ciri khas meteor, selain massa dan ukurannya, adalah kecepatannya, tinggi penyalaannya, panjang lintasan (jalur tampak), kecerahan dan komposisi kimia(mempengaruhi warna pembakaran).
Meteor sering dikelompokkan menjadi hujan meteor- massa meteor yang konstan yang muncul pada waktu tertentu dalam setahun, pada arah langit tertentu. Hujan meteor Leonid, Quadrantids dan Perseids diketahui. Semua hujan meteor dihasilkan oleh komet sebagai akibat kehancurannya selama proses pencairan saat melewati bagian dalam tata surya.

Jejak meteor biasanya menghilang dalam hitungan detik, namun terkadang dapat bertahan selama beberapa menit dan dipindahkan oleh angin pada ketinggian meteor. Terkadang Bumi melintasi orbit meteoroid. Kemudian, melewati atmosfer bumi dan memanas, mereka memancarkan garis-garis cahaya terang, yang disebut meteor, atau bintang jatuh.
Pada malam yang cerah, beberapa meteor dapat terlihat dalam satu jam. Dan ketika Bumi melewati aliran butiran debu yang ditinggalkan komet yang melintas, puluhan meteor bisa terlihat setiap jamnya.
Kadang-kadang ditemukan potongan meteoroid yang bertahan melewati atmosfer sebagai meteor dan jatuh ke tanah sebagai batuan hangus. Biasanya berwarna gelap dan sangat berat. Terkadang mereka tampak berkarat. Kebetulan meteorit menembus atap rumah atau jatuh di dekat rumah. Namun bahaya terkena meteorit bagi manusia dapat diabaikan. Satu-satunya kasus meteorit yang menghantam seseorang terjadi pada tanggal 30 November 1954 di Alabama. Meteorit seberat sekitar 4 kg itu menghantam atap rumah dan memantul di lengan dan paha Anna Elizabeth Hodges. Wanita itu mendapat memar.
Selain metode visual dan fotografi untuk mempelajari meteor, metode elektron-optik, spektrometri, dan khususnya radar baru-baru ini dikembangkan, berdasarkan sifat jejak meteor untuk menyebarkan gelombang radio. Radio meteor sounding dan studi pergerakan jejak meteor memungkinkan kita memperolehnya informasi penting tentang keadaan dan dinamika atmosfer pada ketinggian sekitar 100 km. Dimungkinkan untuk membuat saluran komunikasi radio meteor.

Benda asal kosmik yang jatuh ke permukaan benda langit besar.
Kebanyakan meteorit yang ditemukan memiliki berat antara beberapa gram dan beberapa kilogram. Meteorit terbesar yang pernah ditemukan adalah Goba(berat sekitar 60 ton). Diperkirakan 5-6 ton meteorit jatuh ke bumi setiap hari, atau 2 ribu ton per tahun.
Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia kini memiliki komite khusus yang mengawasi pengumpulan, studi, dan penyimpanan meteorit. Panitia memiliki koleksi meteorit yang banyak.
Di lokasi kecelakaan meteorit besar mungkin terbentuk kawah(astroblema). Salah satu yang paling banyak kawah terkenal di dunia - orang Arizona. Diasumsikan yang terbesar kawah meteorit di bumi - Kawah Wilkes Land di Antartika(diameter sekitar 500 km).

Bagaimana hal itu terjadi

Badan meteor memasuki atmosfer bumi dengan kecepatan 11 hingga 72 km/s. Pada kecepatan ini, ia mulai memanas dan bersinar. Karena ablasi(terbakar dan tertiup angin oleh aliran partikel materi benda meteorik), massa benda yang mencapai permukaan mungkin lebih kecil, dan dalam beberapa kasus jauh lebih kecil daripada massanya saat memasuki atmosfer. Misalnya, benda kecil yang memasuki atmosfer bumi dengan kecepatan 25 km/s atau lebih akan terbakar hampir seluruhnya. Dengan kecepatan masuk ke atmosfer seperti itu, dari puluhan dan ratusan ton massa awal, hanya beberapa kilogram atau bahkan gram materi yang mencapai permukaan. Jejak terbakarnya meteoroid di atmosfer dapat ditemukan hampir di sepanjang lintasan jatuhnya.
Jika badan meteor tidak terbakar di atmosfer, maka saat melambat ia kehilangan komponen kecepatan horizontalnya. Hal ini menyebabkan perubahan lintasan jatuhnya. Saat melambat, cahaya meteorit berkurang dan mendingin (sering kali menunjukkan bahwa meteorit itu hangat dan tidak panas saat jatuh).
Selain itu, badan meteorit dapat pecah menjadi pecahan-pecahan yang menyebabkan terjadinya hujan meteor.

Meteorit besar ditemukan di Rusia

Meteorit Tunguska(saat ini belum jelas secara pasti asal muasal meteorit fenomena Tunguska). Jatuh pada tanggal 30 Juni 1908 di lembah Sungai Podkamennaya Tunguska di Siberia. Total energinya diperkirakan setara 40-50 megaton TNT.
Meteorit Tsarevsky(hujan meteor). Jatuh pada tanggal 6 Desember 1922 di dekat desa Tsarev, wilayah Volgograd. Ini adalah meteorit batu. Massa total pecahan yang terkumpul adalah 1,6 ton di area seluas sekitar 15 meter persegi. km. Berat pecahan terbesar yang jatuh adalah 284 kg.

Meteorit Sikhote-Alin(massa total pecahan 30 ton, energi diperkirakan 20 kiloton). Itu adalah meteorit besi. Jatuh di taiga Ussuri pada 12 Februari 1947.
mobil Vitimsky. Jatuh di kawasan desa Mama dan Vitimsky, distrik Mamsko-Chuysky, wilayah Irkutsk, pada malam 24-25 September 2002. Total energi ledakan meteorit tersebut rupanya relatif kecil (200 ton Setara TNT, dengan energi awal 2,3 kiloton), massa awal maksimum (sebelum pembakaran di atmosfer) adalah 160 ton, dan massa akhir pecahan sekitar beberapa ratus kilogram.
Meski meteorit sering jatuh ke bumi, namun penemuan meteorit merupakan kejadian yang cukup langka. Laboratorium Meteoritik melaporkan, ”Secara total, hanya 125 meteorit yang ditemukan di wilayah Federasi Rusia selama 250 tahun.”

Dalam artikel ini kita akan membahas tentang meteor dan meteorit yang, saat terbang ke atmosfer bumi, terbakar dengan sangat cepat di ketinggian, membentuk jejak jangka pendek di langit malam yang disebut bintang jatuh, atau, bertabrakan dengan tanah, meledak , seperti Tunguska misalnya. Pada saat yang sama, tidak satu pun, seperti yang diketahui dan diterima secara umum, tidak pergi produk padat pembakaran.

Meteor terbakar jika terjadi kontak sekecil apa pun dengan atmosfer. Pembakarannya sudah berakhir di ketinggian 80 km. Konsentrasi oksigen pada ketinggian ini rendah yaitu sebesar 0,004 g/m 3 , dan atmosfer yang dijernihkan memiliki tekanan P = 0,000012 kg/m 2 dan tidak dapat memberikan gesekan yang cukup untuk langsung memanaskan seluruh volume badan meteor ke suhu yang cukup. untuk pembakarannya. Lagi pula, tubuh yang tidak dipanaskan tidak bisa menyala. Mengapa penyalaan masih terjadi di ketinggian dan pembakaran meteor yang begitu cepat dan merata? Kondisi apa yang diperlukan untuk hal ini?

Salah satu syarat terjadinya penyalaan dan pembakaran cepat suatu meteor adalah adanya suhu tubuhnya yang cukup tinggi sebelum memasuki atmosfer. Untuk melakukan ini, ia harus dipanaskan dengan baik di seluruh volumenya oleh matahari terlebih dahulu. Kemudian, agar seluruh volume meteor menjadi hangat dalam kondisi luar angkasa akibat perbedaan suhu cahaya dan bayangan, dan setelah bersentuhan dengan atmosfer dengan cepat mendistribusikan panas tambahan dari gesekan ke seluruh tubuh, substansi meteor harus memiliki konduktivitas termal yang tinggi.

Syarat selanjutnya agar pembakaran meteor meninggalkan jejak api yang merata adalah terjaganya kekuatan tubuh selama pembakaran. Karena, setelah terbang ke atmosfer, meskipun dijernihkan, meteor tersebut masih mengalami beban dari aliran yang datang dan jika tubuhnya melunak karena suhu, maka ia akan terhempas oleh aliran tersebut menjadi bagian-bagian yang terpisah dan kita akan mengamati seberkas hamburan. berkedip seperti kembang api.

Berikutnya. Karena banyak zat, baik logam maupun nonlogam, yang terbakar, maka kita akan mulai membahas komposisi zat meteor dengan unsur pertama dalam tabel periodik, yaitu hidrogen. Mari kita asumsikan bahwa benda ini terdiri dari hidrogen padat atau senyawa padatnya, misalnya air es. Setelah memanas hingga suhu tinggi, benda ini akan menguap begitu saja sebelum penyalaan dimulai di luar angkasa. Jika kita berasumsi bahwa benda yang mengandung hidrogen terbakar dan terbakar di atmosfer, maka benda tersebut pasti akan meninggalkan bekas uap air berwarna putih, akibat pembakaran hidrogen dalam oksigen. Kemudian kita bisa melihat jejak putih “bintang jatuh” pada siang hari, di bawah sinar matahari tertentu. Dengan demikian, meteor tersebut tidak dapat terdiri atau mengandung hidrogen dalam jumlah banyak. Dan es sama sekali tidak mungkin ada di luar angkasa, karena menurut sifat termodinamika air pada tekanan kosmik P = 0,001 m air. Seni. titik didih sudah dekat nol mutlak suhunya -273° C, tidak ada suhu seperti itu di tata surya. Jika es masuk ke luar angkasa di tata surya, ia akan segera menguap karena panasnya obor yang kuat - Matahari. Kami selanjutnya berasumsi bahwa meteor kami terdiri dari logam atau paduannya. Logam memiliki konduktivitas termal yang baik, yang memenuhi persyaratan di atas. Tetapi ketika dipanaskan, logam kehilangan kekuatannya, dan terbakar dengan pembentukan oksida, oksida, yaitu. terak padat cukup berat, yang jika jatuh pasti akan tertahan oleh orang-orang di tanah, seperti hujan es misalnya. Namun fenomena aktif seperti ini belum pernah diamati sehingga bahkan setelah “jatuhnya bintang” yang dahsyat, hujan es terak akan jatuh di suatu tempat, namun lebih dari 3 ribu ton zat terbang ke kita setiap hari. Meskipun pecahan meteorit logam dan non-logam masih ditemukan, hal ini sangat jarang terjadi dan dengan fenomena “bintang jatuh” yang terjadi setiap hari, temuan ini tidak signifikan. Jadi, meteor kita juga tidak mengandung logam.

Bahan apa yang dapat memenuhi semua persyaratan tersebut? Yaitu:
1. Memiliki konduktivitas termal yang tinggi;
2. Pertahankan kekuatan saat suhu tinggi;
3. Bereaksi aktif dengan atmosfer yang dijernihkan di dataran tinggi;
4. Saat terbakar, tidak membentuk terak padat;

Ada zat seperti itu - itu adalah karbon. Selain itu, ia terletak di fase kristal paling keras yang disebut berlian. Berlianlah yang memenuhi semua persyaratan ini. Jika karbon berada dalam fase lain, maka karbon tersebut tidak akan memenuhi persyaratan kedua, yaitu mempertahankan kekuatan pada suhu tinggi. Berlian itulah yang dibingungkan oleh para astronom dengan es saat mengamati “bintang jatuh”.

Selanjutnya untuk membakar dalam konsentrasi oksigen kurang dari 0,004 g/m 3 untuk benda dengan berat 1 g. Anda perlu terbang sekitar 13.000 km, tetapi terbang sekitar 40 km. Kemungkinan besar, jejak cahaya meteor bukanlah hasil pembakarannya dalam oksigen di atmosfer, melainkan hasil reaksi reduksi karbon dengan hidrogen, yang juga menghasilkan gas. Di ketinggian ini ada jumlah kecil CH 4, C 2 H 2, C 6 H 6, CO, CO 2 juga terdapat pada ketinggian tersebut, hal ini menunjukkan bahwa karbon pada ketinggian tersebut terbakar dan tereduksi, gas-gas tersebut sendiri tidak naik dari permukaan bumi ke ketinggian tersebut. Bisa.

Tentang Meteorit Tunguska dan sebuah meteorit yang jatuh pada musim gugur tahun 2002 di wilayah Irkutsk Rusia di lembah Sungai Vitim, maka meteorit tersebut kemungkinan besar juga merupakan berlian yang berukuran sangat besar. Karena massanya yang besar, meteorit tersebut tidak sempat terbakar sempurna di atmosfer. Setelah mencapai tanah dan tidak hancur oleh aliran udara, menghantam permukaan yang keras dengan kekuatan yang sangat besar, balok berlian ini hancur berkeping-keping. Diketahui bahwa berlian adalah bahan yang keras namun rapuh sehingga tidak bereaksi dengan baik terhadap benturan. Karena berlian memiliki konduktivitas termal yang tinggi, seluruh tubuh meteorit dipanaskan hingga mencapai suhu pembakaran sebelum tumbukan. Setelah hancur menjadi potongan-potongan kecil dan terpental ke bumi, setiap pecahan bersentuhan dengan oksigen di udara dan segera terbakar, sekaligus melepaskan sejumlah energi. Yang terjadi hanyalah ledakan dahsyat. Bagaimanapun, ledakan bukanlah akibat dari guncangan mekanis yang kuat, seperti yang diyakini secara umum dalam astronomi karena alasan tertentu, tetapi hasil dari reaksi kimia aktif, dan tidak peduli di mana hal itu terjadi di Bumi, di Jupiter, seperti selama ada sesuatu untuk ditanggapi. Semua karbon yang terbakar membentuk karbon dioksida, yang larut di atmosfer. Itulah sebabnya sisa-sisa meteor tidak ditemukan di tempat-tempat tersebut. Bukan tidak mungkin di area ledakan meteorit tersebut tidak hanya terdapat sisa-sisa hewan yang mati gelombang kejut, tetapi juga dari mati lemas karbon monoksida. Dan tidak aman bagi orang-orang untuk mengunjungi tempat-tempat ini segera setelah ledakan terjadi. mungkin masih berada di dataran rendah karbon monoksida. Hipotesis meteorit Tunguska ini memberikan penjelasan atas hampir semua anomali yang diamati setelah ledakan. Jika meteorit ini jatuh ke dalam perairan, maka air tersebut tidak akan membiarkan semua pecahannya terbakar sempurna, dan kita mungkin memiliki deposit berlian lainnya. Omong-omong, semua endapan berlian terletak di lapisan permukaan bumi yang tipis, hampir hanya di permukaannya. Kehadiran karbon dalam meteorit juga dikonfirmasi oleh hujan meteor yang terjadi pada tanggal 8 Oktober 1871 di Chicago, ketika, karena alasan yang tidak diketahui, rumah-rumah terbakar dan bahkan landasan logam meleleh. Saat itu ribuan orang meninggal karena mati lemas, letaknya cukup jauh dari api.

Jatuh mengenai planet atau satelit dari planet yang tidak memiliki atmosfer atau gas aktif, pecahan meteorit yang tidak terbakar tersebut akan menutupi sebagian permukaan planet atau satelit tersebut. Mungkin itu sebabnya kami satelit alami Bulan memantulkan cahaya matahari dengan sangat baik, karena berlian juga memiliki indeks bias yang tinggi. Dan sistem balok kawah bulan, misalnya Tycho, Copernicus, jelas terdiri dari hamburan material transparan dan tentunya bukan es, karena suhu di permukaan Bulan yang diterangi adalah +120 °C.

Berlian juga menunjukkan sifat fluoresensi ketika disinari dengan radiasi elektromagnetik gelombang pendek. Mungkinkah sifat ini bisa memberikan penjelasan tentang asal muasal ekor komet saat mendekati Matahari, sumber radiasi gelombang pendek yang kuat?

Atmosfer mulai terbentuk seiring dengan terbentuknya bumi. Selama evolusi planet dan pendekatan parameternya makna modern perubahan kualitatif mendasar terjadi pada komposisi kimianya dan sifat fisik. Menurut model evolusi, pada tahap awal bumi berada dalam keadaan cair dan sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu terbentuk sebagai padat. Tonggak sejarah ini diambil sebagai awal kronologi geologi. Sejak saat itu, evolusi atmosfer yang lambat dimulai. Beberapa proses geologi (misalnya pencurahan lahar saat letusan gunung berapi) disertai dengan keluarnya gas dari perut bumi. Mereka termasuk nitrogen, amonia, metana, uap air, CO oksida dan karbon dioksida CO 2. Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari, uap air terurai menjadi hidrogen dan oksigen, tetapi oksigen yang dilepaskan bereaksi dengan karbon monoksida membentuk karbon dioksida. Amonia terurai menjadi nitrogen dan hidrogen. Selama proses difusi, hidrogen naik ke atas dan meninggalkan atmosfer, dan nitrogen yang lebih berat tidak dapat menguap dan secara bertahap terakumulasi, menjadi komponen utama, meskipun sebagian darinya terikat menjadi molekul sebagai akibat dari reaksi kimia ( cm. KIMIA SUASANA). Di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan pelepasan listrik, campuran gas yang ada di atmosfer asli bumi mengalami reaksi kimia, akibatnya terjadilah pembentukan bahan organik, khususnya asam amino. Dengan munculnya tumbuhan primitif, proses fotosintesis dimulai, disertai dengan pelepasan oksigen. Gas ini, terutama setelah berdifusi ke lapisan atas atmosfer, mulai melindungi lapisan bawah dan permukaan bumi dari radiasi ultraviolet dan sinar-X yang mengancam jiwa. Menurut perkiraan teoritis, kandungan oksigen, yang 25.000 kali lebih sedikit dari sekarang, sudah dapat menyebabkan pembentukan lapisan ozon dengan konsentrasi hanya setengah dari sekarang. Namun, ini sudah cukup untuk memberikan perlindungan yang sangat signifikan bagi organisme dari efek merusak sinar ultraviolet.

Kemungkinan besar atmosfer primer mengandung banyak karbon dioksida. Itu digunakan selama fotosintesis, dan konsentrasinya pasti menurun seiring dengan berkembangnya dunia tumbuhan dan juga karena penyerapan selama proses geologi tertentu. Sejak efek rumah kaca terkait dengan keberadaan karbon dioksida di atmosfer, fluktuasi konsentrasinya adalah salah satunya alasan penting perubahan iklim berskala besar dalam sejarah bumi seperti zaman es.

Hadir di suasana modern helium sebagian besar merupakan produk peluruhan radioaktif uranium, thorium dan radium. Unsur radioaktif ini memancarkan partikel yang merupakan inti atom helium. Karena selama peluruhan radioaktif muatan listrik tidak terbentuk atau dimusnahkan, dengan pembentukan setiap partikel a, muncul dua elektron, yang bergabung kembali dengan partikel a, membentuk atom helium netral. Unsur radioaktif terkandung dalam mineral yang tersebar di seluruh massa batu, oleh karena itu, sebagian besar helium yang terbentuk akibat peluruhan radioaktif tertahan di dalamnya, keluar dengan sangat lambat ke atmosfer. Sejumlah helium naik ke eksosfer karena difusi, tetapi karena aliran masuk yang konstan dari permukaan bumi, volume gas ini di atmosfer hampir tidak berubah. Berdasarkan analisis spektral Cahaya bintang dan studi tentang meteorit dapat memperkirakan kelimpahan relatif berbagai unsur kimia di alam semesta. Konsentrasi neon di luar angkasa kira-kira sepuluh miliar kali lebih tinggi daripada di Bumi, kripton sepuluh juta kali lipat, dan xenon satu juta kali lipat. Oleh karena itu, konsentrasi gas-gas inert ini, yang awalnya terdapat di atmosfer bumi dan tidak terisi kembali selama reaksi kimia, menurun drastis, bahkan mungkin pada tahap hilangnya atmosfer utama bumi. Pengecualian adalah gas inert argon, karena dalam bentuk isotop 40 Ar masih terbentuk selama peluruhan radioaktif isotop kalium.

Distribusi tekanan barometrik.

Berat total gas di atmosfer adalah sekitar 4,5 · 10 15 ton. Jadi, “berat” atmosfer per satuan luas, atau tekanan atmosfer, di permukaan laut adalah sekitar 11 t/m 2 = 1,1 kg/cm 2. Tekanan sama dengan P 0 = 1033,23 g/cm 2 = 1013,250 mbar = 760 mm Hg. Seni. = 1 atm, diambil sebagai tekanan atmosfer rata-rata standar. Untuk atmosfer dalam keadaan kesetimbangan hidrostatik kita mempunyai: d P= –rgd H, ini berarti dalam interval ketinggian dari H ke H+d H terjadi kesetaraan antara perubahan tekanan atmosfer d P dan berat unsur atmosfer yang bersesuaian dengan satuan luas, massa jenis r, dan ketebalan d H. Sebagai hubungan antar tekanan R dan suhu T Persamaan keadaan gas ideal dengan massa jenis r yang cukup dapat diterapkan pada atmosfer bumi digunakan: P= r R T/m, dengan m adalah berat molekul, dan R = 8,3 J/(K mol) adalah konstanta gas universal. Lalu Dlog P= – (m g/RT)D H= – bd H= –d H/H, dimana gradien tekanan berada pada skala logaritmik. Nilai kebalikannya H disebut skala ketinggian atmosfer.

Saat mengintegrasikan persamaan ini untuk atmosfer isotermal ( T= const) atau untuk bagiannya di mana perkiraan seperti itu diperbolehkan, hukum barometrik distribusi tekanan dengan ketinggian diperoleh: P = P 0 pengalaman(– H/H 0), dimana referensi ketinggian H dihasilkan dari permukaan laut, dimana tekanan rata-rata standarnya berada P 0 . Ekspresi H 0 = R T/ mg, disebut skala ketinggian, yang mencirikan luasnya atmosfer, asalkan suhu di dalamnya sama di semua tempat (atmosfer isotermal). Jika atmosfer tidak isotermal, maka integrasi harus memperhitungkan perubahan suhu terhadap ketinggian, dan parameternya N– beberapa karakteristik lokal lapisan atmosfer, bergantung pada suhu dan sifat lingkungannya.

Suasana standar.

Model (tabel nilai parameter utama) yang sesuai dengan tekanan standar di dasar atmosfer R 0 dan komposisi kimianya disebut atmosfer standar. Lebih tepatnya, ini adalah model atmosfer bersyarat, yang menentukan nilai rata-rata suhu, tekanan, kepadatan, viskositas, dan karakteristik udara lainnya pada ketinggian 2 km di bawah permukaan laut hingga batas luar atmosfer bumi. untuk garis lintang 45° 32ў 33І. Parameter atmosfer tengah pada semua ketinggian dihitung menggunakan persamaan keadaan gas ideal dan hukum barometrik dengan asumsi tekanan di permukaan laut adalah 1013,25 hPa (760 mm Hg) dan suhu 288,15 K (15,0 °C). Berdasarkan sifat distribusi suhu vertikal, atmosfer rata-rata terdiri dari beberapa lapisan, yang masing-masing lapisan suhunya didekati dengan fungsi linier ketinggian. Di lapisan terendah - troposfer (h Ј 11 km) suhu turun 6,5 ° C dengan setiap kenaikan kilometer. Di dataran tinggi, nilai dan tanda gradien suhu vertikal berubah dari lapisan ke lapisan. Di atas 790 km suhunya sekitar 1000 K dan praktis tidak berubah seiring ketinggian.

Suasana standar adalah standar yang diperbarui secara berkala dan disahkan, diterbitkan dalam bentuk tabel.

Troposfer.

Lapisan atmosfer yang paling rendah dan paling padat, yang suhunya menurun dengan cepat seiring bertambahnya ketinggian, disebut troposfer. Ini berisi hingga 80% dari total massa atmosfer dan meluas di kutub dan garis lintang tengah hingga ketinggian 8–10 km, dan di daerah tropis hingga 16–18 km. Hampir semua proses pembentukan cuaca berkembang di sini, pertukaran panas dan kelembaban antara bumi dan atmosfernya terjadi, awan terbentuk, berbagai fenomena meteorologi terjadi, kabut dan curah hujan terjadi. Lapisan atmosfer bumi ini berada dalam kesetimbangan konvektif dan, berkat pencampuran aktif, memiliki komposisi kimia yang homogen, terutama terdiri dari molekul nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Sebagian besar polutan udara aerosol dan gas alam dan buatan manusia terkonsentrasi di troposfer. Dinamika troposfer bagian bawah, yang tebalnya mencapai 2 km, sangat bergantung pada sifat-sifat permukaan bumi di bawahnya, yang menentukan pergerakan udara (angin) secara horizontal dan vertikal yang disebabkan oleh perpindahan panas dari daratan yang lebih hangat. melalui radiasi infra merah permukaan bumi, yang diserap di troposfer, terutama oleh uap air dan karbon dioksida (efek rumah kaca). Distribusi suhu dengan ketinggian terjadi sebagai hasil pencampuran turbulen dan konvektif. Rata-rata, ini berhubungan dengan penurunan suhu dengan ketinggian sekitar 6,5 K/km.

Kecepatan angin di lapisan batas permukaan awalnya meningkat pesat seiring dengan ketinggian, dan di atasnya terus meningkat sebesar 2–3 km/s per kilometer. Terkadang aliran planet yang sempit (dengan kecepatan lebih dari 30 km/s) muncul di troposfer, bagian barat di garis lintang tengah, dan bagian timur dekat khatulistiwa. Mereka disebut aliran jet.

Tropopause.

Di batas atas troposfer (tropopause), suhu mencapai nilai minimum untuk atmosfer bagian bawah. Ini adalah lapisan transisi antara troposfer dan stratosfer yang terletak di atasnya. Ketebalan tropopause berkisar antara ratusan meter hingga 1,5–2 km, dan suhu serta ketinggian masing-masing berkisar antara 190 hingga 220 K dan dari 8 hingga 18 km, bergantung pada garis lintang geografis dan musim. Di daerah beriklim sedang dan lintang tinggi pada musim dingin suhunya 1–2 km lebih rendah dibandingkan pada musim panas dan 8–15 K lebih hangat. Di daerah tropis perubahan musim apalagi (ketinggian 16–18 km, suhu 180–200 K). Lebih aliran jet istirahat tropopause mungkin terjadi.

Air di atmosfer bumi.

Ciri terpenting atmosfer bumi adalah adanya sejumlah besar uap air dan air dalam bentuk tetesan, yang paling mudah diamati dalam bentuk awan dan struktur awan. Derajat tutupan awan di langit (pada saat tertentu atau rata-rata dalam jangka waktu tertentu), yang dinyatakan dalam skala 10 atau persentase, disebut kekeruhan. Bentuk awan ditentukan menurut klasifikasi internasional. Rata-rata, awan menutupi separuh bumi. Kekeruhan merupakan faktor penting yang menjadi ciri cuaca dan iklim. Di musim dingin dan malam hari, kekeruhan mencegah penurunan suhu permukaan bumi dan lapisan permukaan udara; di musim panas dan siang hari, hal ini melemahkan pemanasan permukaan bumi oleh sinar matahari, sehingga melunakkan iklim di dalam benua. .

Awan.

Awan adalah kumpulan tetesan air yang tersuspensi di atmosfer (awan air), kristal es (awan es), atau keduanya secara bersamaan (awan campuran). Ketika tetesan dan kristal menjadi lebih besar, mereka jatuh dari awan dalam bentuk presipitasi. Awan terbentuk terutama di troposfer. Mereka timbul akibat kondensasi uap air yang terkandung di udara. Diameter tetesan awan berada pada urutan beberapa mikron. Isi air cair di awan - dari pecahan hingga beberapa gram per m 3. Awan diklasifikasikan berdasarkan ketinggian: Menurut klasifikasi internasional, ada 10 jenis awan: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, nimbostratus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.

Awan mutiara juga terlihat di stratosfer, dan awan noktilusen terlihat di mesosfer.

Awan cirrus merupakan awan transparan berupa benang atau selubung tipis berwarna putih dengan kilau halus yang tidak memberikan bayangan. Awan Cirrus terdiri dari kristal es dan terbentuk di lapisan atas troposfer pada suhu yang sangat tinggi. suhu rendah. Beberapa jenis awan cirrus berfungsi sebagai pertanda perubahan cuaca.

Awan Cirrocumulus adalah punggungan atau lapisan awan putih tipis di troposfer atas. Awan Cirrocumulus dibangun dari elemen-elemen kecil yang terlihat seperti serpihan, riak, bola-bola kecil tanpa bayangan dan sebagian besar terdiri dari kristal es.

Awan Cirrostratus adalah selubung tembus keputihan di troposfer atas, biasanya berserat, terkadang buram, terdiri dari kristal es kecil berbentuk jarum atau kolumnar.

Awan Altocumulus adalah awan berwarna putih, abu-abu, atau putih abu-abu yang terletak di lapisan bawah dan tengah troposfer. Awan altocumulus tampak berlapis-lapis dan berbukit-bukit, seolah-olah dibangun dari lempengan-lempengan, massa bulat, poros, serpihan yang bertumpuk satu sama lain. Awan altocumulus terbentuk selama aktivitas konvektif yang intens dan biasanya terdiri dari tetesan air yang sangat dingin.

Awan Altostratus adalah awan berserat atau berwarna keabu-abuan atau kebiruan struktur homogen. Awan Altostratus diamati di troposfer tengah, tingginya mencapai beberapa kilometer dan terkadang ribuan kilometer dalam arah horizontal. Biasanya, awan altostratus merupakan bagian dari sistem awan frontal yang terkait dengan pergerakan massa udara ke atas.

Awan Nimbostratus adalah lapisan awan amorf rendah (dari 2 km ke atas) dengan warna abu-abu seragam, sehingga menimbulkan hujan atau salju terus menerus. Awan Nimbostratus sangat berkembang secara vertikal (hingga beberapa km) dan horizontal (beberapa ribu km), terdiri dari tetesan air yang sangat dingin bercampur dengan kepingan salju, biasanya berhubungan dengan front atmosfer.

Awan stratus adalah awan tingkat bawah yang berbentuk lapisan homogen tanpa garis pasti, berwarna abu-abu. Ketinggian awan stratus di atas permukaan bumi adalah 0,5–2 km. Sesekali gerimis turun dari awan stratus.

Awan Cumulus adalah awan padat berwarna putih cerah pada siang hari dengan perkembangan vertikal yang signifikan (hingga 5 km atau lebih). Bagian atas awan kumulus tampak seperti kubah atau menara dengan garis membulat. Biasanya, awan kumulus muncul sebagai awan konveksi pada massa udara dingin.

Awan stratocumulus adalah awan rendah (di bawah 2 km) yang berbentuk lapisan tidak berserat berwarna abu-abu atau putih atau bubungan balok-balok besar berbentuk bulat. Ketebalan vertikal awan stratocumulus kecil. Kadang-kadang, awan stratocumulus menghasilkan curah hujan ringan.

Awan kumulonimbus adalah awan yang kuat dan padat dengan perkembangan vertikal yang kuat (sampai ketinggian 14 km), menghasilkan hujan lebat disertai badai petir, hujan es, dan badai. Awan kumulonimbus berkembang dari awan kumulus yang kuat, berbeda dengan awan kumulus di bagian atasnya yang terdiri dari kristal es.

Stratosfir.

Melalui tropopause, rata-rata pada ketinggian 12 hingga 50 km, troposfer masuk ke stratosfer. Di bagian bawah, sekitar 10 km, yaitu. hingga ketinggian sekitar 20 km, bersifat isotermal (suhu sekitar 220 K). Kemudian meningkat seiring ketinggian, mencapai maksimum sekitar 270 K pada ketinggian 50–55 km. Inilah batas antara stratosfer dan mesosfer di atasnya, yang disebut stratopause. .

Uap air di stratosfer jauh lebih sedikit. Namun, awan mutiara tipis tembus cahaya kadang-kadang terlihat, kadang-kadang muncul di stratosfer pada ketinggian 20–30 km. Awan mutiara terlihat di langit gelap setelah matahari terbenam dan sebelum matahari terbit. Bentuk awan nacreous menyerupai awan cirrus dan cirrocumulus.

Suasana tengah (mesosfer).

Pada ketinggian sekitar 50 km, mesosfer dimulai dari puncak suhu maksimum yang luas . Penyebabnya adalah kenaikan suhu di wilayah maksimum ini adalah reaksi fotokimia dekomposisi ozon yang eksotermik (yaitu disertai dengan pelepasan panas): O 3 + hv® O 2 + O. Ozon muncul sebagai hasil dekomposisi fotokimia molekul oksigen O 2

HAI 2 + hv® O + O dan reaksi selanjutnya dari tumbukan rangkap tiga atom dan molekul oksigen dengan molekul ketiga M.

O + O 2 + M ® O 3 + M

Ozon dengan rakus menyerap radiasi ultraviolet di wilayah tersebut dari tahun 2000 hingga 3000 Å, dan radiasi ini memanaskan atmosfer. Ozon, yang terdapat di bagian atas atmosfer, berfungsi sebagai semacam perisai yang melindungi kita dari efek radiasi ultraviolet Matahari. Tanpa perisai ini, perkembangan kehidupan di bumi akan terhenti bentuk modern hampir tidak mungkin terjadi.

Secara umum, di seluruh mesosfer, suhu atmosfer menurun hingga nilai minimumnya sekitar 180 K per batas atas mesosfer (disebut mesopause, ketinggian sekitar 80 km). Di sekitar mesopause, pada ketinggian 70–90 km, sangat banyak lapisan tipis kristal es dan partikel debu vulkanik dan meteorit, diamati sebagai pemandangan indah awan noctilucent sesaat setelah matahari terbenam.

Di mesosfer, partikel meteorit padat kecil yang jatuh ke bumi sebagian besar terbakar, menyebabkan fenomena tersebut meteor.

Meteor, meteorit, dan bola api.

Flare dan fenomena lain di lapisan atas atmosfer bumi yang disebabkan oleh intrusi partikel atau benda padat kosmik ke dalamnya dengan kecepatan 11 km/s atau lebih tinggi disebut meteoroid. Jejak meteor terang yang dapat diamati muncul; fenomena paling dahsyat yang sering disertai dengan jatuhnya meteorit disebut bola api; kemunculan meteor dikaitkan dengan hujan meteor.

Hujan meteor:

1) fenomena jatuhnya meteor berkali-kali dalam beberapa jam atau hari dari satu pancaran.

2) segerombolan meteoroid yang bergerak dalam orbit yang sama mengelilingi Matahari.

Kemunculan meteor secara sistematis di suatu wilayah langit tertentu dan pada hari-hari tertentu dalam setahun, yang disebabkan oleh perpotongan orbit bumi dengan orbit umum banyak benda meteorit yang bergerak dengan kecepatan yang kira-kira sama dan berarah sama, itulah sebabnya jalurnya di langit tampak muncul dari satu titik yang sama (bersinar). Mereka diberi nama berdasarkan konstelasi tempat pancaran cahaya berada.

Hujan meteor memberikan kesan yang mendalam dengan efek cahayanya, namun meteor individu jarang terlihat. Yang jauh lebih banyak adalah meteor yang tidak terlihat, terlalu kecil untuk terlihat saat terserap ke atmosfer. Beberapa meteor terkecil mungkin tidak memanas sama sekali, melainkan hanya tertangkap oleh atmosfer. Ini partikel halus dengan ukuran mulai dari beberapa milimeter hingga sepersepuluh ribu milimeter disebut mikrometeorit. Jumlah materi meteorik yang masuk ke atmosfer setiap harinya berkisar antara 100 hingga 10.000 ton, dengan mayoritas materi tersebut berasal dari mikrometeorit.

Karena sebagian materi meteorik terbakar di atmosfer, maka komposisi gas diisi ulang dengan jejak berbagai unsur kimia. Misalnya, meteor batuan memasukkan litium ke atmosfer. Pembakaran meteor logam mengarah pada pembentukan besi bulat kecil, besi-nikel, dan tetesan lainnya yang melewati atmosfer dan menetap di permukaan bumi. Mereka dapat ditemukan di Greenland dan Antartika, di mana lapisan esnya hampir tidak berubah selama bertahun-tahun. Ahli kelautan menemukannya di sedimen dasar laut.

Sebagian besar partikel meteor yang memasuki atmosfer mengendap dalam waktu sekitar 30 hari. Beberapa ilmuwan meyakini hal ini debu kosmik diputar peran penting dalam pembentukan fenomena atmosfer seperti hujan, karena berfungsi sebagai inti kondensasi uap air. Oleh karena itu, curah hujan diasumsikan secara statistik berhubungan dengan hujan meteor besar. Namun, beberapa ahli percaya bahwa karena total pasokan material meteorik puluhan kali lebih besar dibandingkan dengan hujan meteor terbesar sekalipun, perubahan jumlah total material yang dihasilkan dari satu hujan meteor dapat diabaikan.

Namun, tidak ada keraguan bahwa mikrometeorit terbesar dan meteorit yang terlihat meninggalkan jejak ionisasi yang panjang di lapisan atas atmosfer, terutama di ionosfer. Jejak tersebut dapat digunakan untuk komunikasi radio jarak jauh, karena memantulkan gelombang radio frekuensi tinggi.

Energi meteor yang memasuki atmosfer dihabiskan terutama, dan mungkin seluruhnya, untuk memanaskannya. Ini adalah salah satu komponen kecil dari keseimbangan termal atmosfer.

Meteorit adalah benda padat alami yang jatuh ke permukaan bumi dari luar angkasa. Biasanya perbedaan dibuat antara meteorit berbatu, besi berbatu, dan besi. Yang terakhir ini terutama terdiri dari besi dan nikel. Di antara meteorit yang ditemukan, sebagian besar memiliki berat beberapa gram hingga beberapa kilogram. Yang terbesar yang ditemukan, meteorit besi Goba, memiliki berat sekitar 60 ton dan masih terletak di tempat yang sama tempat ditemukannya, di Afrika Selatan. Kebanyakan meteorit adalah pecahan asteroid, namun beberapa meteorit mungkin datang ke Bumi dari Bulan dan bahkan Mars.

Bolide adalah meteor yang sangat terang, terkadang terlihat bahkan pada siang hari, seringkali meninggalkan jejak berasap dan disertai fenomena suara; seringkali berakhir dengan jatuhnya meteorit.

Termosfer.

Di atas suhu minimum mesopause, termosfer dimulai, dimana suhu, mula-mula perlahan dan kemudian dengan cepat mulai naik lagi. Penyebabnya adalah penyerapan radiasi ultraviolet Matahari pada ketinggian 150–300 km, akibat ionisasi atom oksigen: O + hv® HAI++ e.

Di termosfer, suhu terus meningkat hingga ketinggian sekitar 400 km, yang mencapai 1800 K pada siang hari selama masa aktivitas matahari maksimum. Selama masa aktivitas matahari minimum, suhu batas ini bisa kurang dari 1000 K. Di atas 400 km, atmosfer berubah menjadi eksosfer isotermal. Tingkat kritis(dasar eksosfer) terletak di ketinggian sekitar 500 km.

Lampu kutub dan banyak orbit satelit buatan, serta awan noctilucent - semua fenomena ini terjadi di mesosfer dan termosfer.

Lampu kutub.

Di lintang tinggi selama gangguan medan magnet aurora diamati. Mereka mungkin berlangsung beberapa menit, namun sering terlihat selama beberapa jam. Aurora sangat bervariasi dalam bentuk, warna, dan intensitas, yang semuanya terkadang berubah dengan sangat cepat seiring berjalannya waktu. Spektrum aurora terdiri dari garis dan pita emisi. Beberapa emisi langit malam ditingkatkan dalam spektrum aurora, terutama garis hijau dan merah l 5577 Å dan l 6300 Å oksigen. Kebetulan salah satu garis ini berkali-kali lebih intens daripada yang lain, dan ini menentukan warna aurora yang terlihat: hijau atau merah. Gangguan medan magnet juga dibarengi dengan gangguan komunikasi radio di wilayah kutub. Penyebab gangguan tersebut adalah perubahan ionosfer, yang berarti bahwa selama badai magnet terdapat sumber ionisasi yang kuat. Telah ditetapkan bahwa badai magnet yang kuat terjadi ketika terdapat sekelompok besar bintik matahari di dekat pusat piringan matahari. Pengamatan menunjukkan bahwa badai tidak berhubungan dengan bintik matahari itu sendiri, tetapi dengan jilatan api matahari yang muncul selama perkembangan sekelompok bintik matahari.

Aurora adalah serangkaian cahaya dengan intensitas bervariasi dengan pergerakan cepat yang diamati di wilayah lintang tinggi di Bumi. Aurora visual mengandung garis emisi oksigen atom hijau (5577Å) dan merah (6300/6364Å) dan pita molekul N2, yang tereksitasi oleh partikel energik yang berasal dari matahari dan magnetosfer. Emisi ini biasanya muncul pada ketinggian sekitar 100 km ke atas. Istilah aurora optik digunakan untuk merujuk pada aurora visual dan spektrum emisinya dari wilayah inframerah hingga ultraviolet. Energi radiasi di bagian spektrum inframerah secara signifikan melebihi energi di wilayah tampak. Saat aurora muncul, emisi teramati pada kisaran ULF (

Bentuk nyata aurora sulit untuk diklasifikasikan; Istilah yang paling umum digunakan adalah:

1. Busur atau garis yang tenang dan seragam. Busur tersebut biasanya memanjang ~1000 km ke arah paralel geomagnetik (menuju Matahari di wilayah kutub) dan memiliki lebar satu hingga beberapa puluh kilometer. Garis merupakan generalisasi dari konsep busur; biasanya tidak berbentuk busur beraturan, melainkan melengkung berbentuk huruf S atau berbentuk spiral. Busur dan garis terletak pada ketinggian 100–150 km.

2. Sinar aurora . Istilah ini mengacu pada struktur aurora yang memanjang sepanjang medan magnet. saluran listrik, dengan panjang vertikal dari beberapa puluh hingga beberapa ratus kilometer. Luas sinar horizontalnya kecil, dari beberapa puluh meter hingga beberapa kilometer. Sinar biasanya diamati dalam bentuk busur atau sebagai struktur terpisah.

3. Noda atau permukaan . Ini adalah area terisolasi yang tidak memiliki cahaya bentuk tertentu. Tempat-tempat individual mungkin terhubung satu sama lain.

4. Kerudung. Bentuk yang tidak biasa aurora, yaitu cahaya seragam yang menutupi sebagian besar langit.

Menurut strukturnya, aurora dibagi menjadi homogen, berongga, dan bercahaya. Digunakan berbagai istilah; busur berdenyut, permukaan berdenyut, permukaan menyebar, garis bercahaya, gorden, dll. Ada klasifikasi aurora menurut warnanya. Menurut klasifikasi ini, aurora termasuk dalam tipe A. Bagian atas atau seluruhnya berwarna merah (6300–6364 Å). Mereka biasanya muncul di ketinggian 300–400 km dengan aktivitas geomagnetik yang tinggi.

Tipe Aurora DI DALAM berwarna merah di bagian bawah dan berhubungan dengan pancaran pita sistem positif pertama N 2 dan sistem negatif pertama O 2. Bentuk pancaran seperti itu paling sering muncul fase aktif lampu kutub.

Zona lampu kutub – Ini adalah zona frekuensi maksimum aurora di malam hari menurut pengamat di suatu titik tetap di permukaan bumi. Zona tersebut terletak pada 67° Lintang Utara dan Selatan, dan lebarnya sekitar 6°. Kemunculan maksimum aurora sesuai dengan pada saat ini waktu geomagnetik setempat, terjadi pada sabuk berbentuk oval (aurora oval), yang letaknya asimetris di sekitar kutub geomagnetik utara dan selatan. Aurora oval ditetapkan dalam koordinat lintang – waktu, dan zona aurora adalah lokus geometris dari titik-titik wilayah tengah malam oval dalam koordinat lintang – bujur. Sabuk oval terletak sekitar 23° dari geo kutub magnet di sektor malam dan 15° di sektor siang hari.

Zona aurora oval dan aurora. Lokasi aurora oval bergantung pada aktivitas geomagnetik. Bentuk oval menjadi lebih lebar dengan aktivitas geomagnetik yang tinggi. Zona aurora atau batas oval aurora lebih baik diwakili oleh L 6.4 dibandingkan dengan koordinat dipol. Garis medan geomagnetik pada batas sektor siang hari oval aurora bertepatan magnetopause. Perubahan posisi oval aurora yang diamati tergantung pada sudut antara sumbu geomagnetik dan arah Bumi-Matahari. Oval aurora juga ditentukan berdasarkan data pengendapan partikel (elektron dan proton) dengan energi tertentu. Posisinya dapat ditentukan secara independen berdasarkan data Kaspakh di siang hari dan di ekor magnetosfer.

Variasi harian frekuensi kemunculan aurora di zona aurora maksimum pada tengah malam geomagnetik dan minimum pada tengah hari geomagnetik. Di sisi oval dekat khatulistiwa, frekuensi terjadinya aurora menurun tajam, tetapi bentuk variasi hariannya tetap dipertahankan. Di sisi kutub oval, frekuensi terjadinya aurora menurun secara bertahap dan ditandai dengan perubahan harian yang kompleks.

Intensitas aurora.

Intensitas Aurora ditentukan dengan mengukur kecerahan permukaan semu. Permukaan luminositas SAYA aurora pada arah tertentu ditentukan oleh total emisi sebesar 4p SAYA foton/(cm 2 s). Karena nilai ini bukanlah kecerahan permukaan sebenarnya, namun mewakili emisi dari kolom, satuan foton/(cm 2 kolom s) biasanya digunakan saat mempelajari aurora. Satuan umum untuk mengukur total emisi adalah Rayleigh (Rl) yang sama dengan 10 6 foton/(cm 2 kolom s). Satuan intensitas aurora yang lebih praktis ditentukan oleh emisi suatu garis atau pita individu. Misalnya, intensitas aurora ditentukan oleh koefisien kecerahan internasional (IBRs) menurut intensitas garis hijau (5577 Å); 1 kRl = I MKY, 10 kRl = II MKY, 100 kRl = III MKY, 1000 kRl = IV MKY (intensitas maksimum aurora). Klasifikasi ini tidak dapat digunakan untuk aurora merah. Salah satu penemuan pada era tersebut (1957–1958) adalah terbentuknya sebaran spatiotemporal aurora berbentuk oval yang bergeser relatif terhadap kutub magnet. Dari ide sederhana tentang bentuk lingkaran sebaran aurora relatif terhadap kutub magnet pun ada Transisi ke fisika modern magnetosfer telah selesai. Kehormatan atas penemuan ini adalah milik O. Khorosheva, dan pengembangan intensif ide aurora oval dilakukan oleh G. Starkov, Y. Feldstein, S. I. Akasofu dan sejumlah peneliti lainnya. Aurora oval mewakili area dengan pengaruh paling kuat angin matahari ke lapisan atas atmosfer bumi. Intensitas aurora paling besar terjadi pada bentuk oval, dan dinamikanya terus dipantau menggunakan satelit.

Busur merah aurora yang stabil.

Busur merah aurora yang stabil, atau disebut busur merah garis lintang tengah atau M-arc, merupakan busur lebar subvisual (di bawah batas kepekaan mata), membentang dari timur ke barat sejauh ribuan kilometer dan kemungkinan mengelilingi seluruh Bumi. Panjang garis lintang busur adalah 600 km. Emisi busur merah aurora stabil hampir monokromatik pada garis merah l 6300 Å dan l 6364 Å. Baru-baru ini, garis emisi lemah l 5577 Å (OI) dan l 4278 Å (N+2) juga dilaporkan. Busur merah yang berkelanjutan diklasifikasikan sebagai aurora, tetapi muncul di ketinggian yang jauh lebih tinggi. Batas bawah berada pada ketinggian 300 km, batas atas sekitar 700 km. Intensitas busur merah aurora tenang pada emisi l 6300 Å berkisar antara 1 hingga 10 kRl (nilai tipikal 6 kRl). Ambang sensitivitas mata pada panjang gelombang ini adalah sekitar 10 kRl, sehingga busur jarang diamati secara visual. Namun, pengamatan menunjukkan bahwa kecerahannya >50 kRL pada 10% malam. Masa hidup busur biasanya adalah sekitar satu hari, dan jarang muncul pada hari-hari berikutnya. Gelombang radio dari satelit atau sumber radio yang melintasi busur merah aurora yang persisten akan mengalami kilau, yang menunjukkan adanya ketidakhomogenan kerapatan elektron. Penjelasan teoritis busur merah adalah elektron yang dipanaskan di wilayah tersebut F Ionosfer menyebabkan peningkatan atom oksigen. Pengamatan satelit menunjukkan peningkatan suhu elektron di sepanjang garis medan bidang geomagnetik, yang memotong busur merah aurora yang persisten. Intensitas busur ini berkorelasi positif dengan aktivitas geomagnetik (badai), dan frekuensi kemunculan busur berkorelasi positif dengan aktivitas bintik matahari.

Mengubah aurora.

Beberapa bentuk aurora mengalami variasi intensitas kuasi-periodik dan koheren. Aurora dengan geometri yang mendekati stasioner dan variasi periodik cepat yang terjadi dalam fase disebut aurora berubah. Mereka diklasifikasikan sebagai aurora formulir R menurut Atlas Aurora Internasional Pembagian yang lebih rinci tentang perubahan aurora:

R 1 (Aurora berdenyut) adalah cahaya dengan variasi fase kecerahan yang seragam di seluruh bentuk aurora. Menurut definisi, dalam aurora berdenyut yang ideal, bagian spasial dan temporal dari denyut tersebut dapat dipisahkan, yaitu. kecerahan SAYA(r,t)= saya s(R)· DIA(T). Dalam aurora yang khas R 1 denyut terjadi dengan frekuensi 0,01 hingga 10 Hz dengan intensitas rendah (1–2 kRl). Kebanyakan aurora R 1 – ini adalah titik atau busur yang berdenyut dengan jangka waktu beberapa detik.

R 2 (aurora yang berapi-api). Istilah ini biasanya digunakan untuk menyebut gerakan bahasa serupa api memenuhi langit, dan bukan untuk menggambarkan bentuk yang terpisah. Aurora berbentuk busur dan biasanya bergerak ke atas dari ketinggian 100 km. Aurora ini relatif jarang terjadi dan lebih sering terjadi di luar aurora.

R 3 (Aurora berkilauan). Ini adalah aurora dengan variasi kecerahan yang cepat, tidak teratur, atau teratur, sehingga memberikan kesan nyala api yang berkedip-kedip di langit. Mereka muncul sesaat sebelum aurora hancur. Frekuensi variasi yang biasanya diamati R 3 sama dengan 10 ± 3 Hz.

Istilah streaming aurora, yang digunakan untuk kelas lain dari aurora berdenyut, mengacu pada variasi kecerahan yang tidak teratur yang bergerak cepat secara horizontal dalam busur dan garis aurora.

Perubahan aurora merupakan salah satu fenomena matahari-terestrial yang menyertai denyut medan geomagnetik dan radiasi sinar-X aurora yang disebabkan oleh pengendapan partikel asal matahari dan magnetosfer.

Cahaya tutup kutub dicirikan oleh intensitas tinggi dari pita sistem negatif pertama N + 2 (l 3914 Å). Biasanya, pita N + 2 ini lima kali lebih kuat daripada garis hijau OI l 5577 Å; intensitas absolut cahaya tutup kutub berkisar antara 0,1 hingga 10 kRl (biasanya 1–3 kRl). Selama aurora ini, yang muncul selama periode PCA, cahaya seragam menutupi seluruh tutup kutub hingga garis lintang geomagnetik 60° pada ketinggian 30 hingga 80 km. Hal ini dihasilkan terutama oleh proton matahari dan partikel d dengan energi 10–100 MeV, menciptakan ionisasi maksimum pada ketinggian ini. Ada jenis cahaya lain di zona aurora, yang disebut aurora mantel. Untuk jenis cahaya aurora ini, intensitas maksimum harian yang terjadi pada pagi hari adalah 1–10 kRL, dan intensitas minimumnya lima kali lebih lemah. Pengamatan terhadap aurora mantel sangat sedikit dan jarang; intensitasnya bergantung pada aktivitas geomagnetik dan matahari.

Cahaya atmosfer didefinisikan sebagai radiasi yang dihasilkan dan dipancarkan oleh atmosfer suatu planet. Ini adalah radiasi non-termal di atmosfer, kecuali emisi aurora, pelepasan petir, dan emisi jejak meteor. Istilah ini digunakan dalam kaitannya dengan atmosfer bumi (nightglow, twilight glow, dan dayglow). Cahaya atmosfer hanya merupakan sebagian dari cahaya yang tersedia di atmosfer. Sumber lain termasuk cahaya bintang, cahaya zodiak, dan cahaya siang hari yang tersebar dari Matahari. Kadang-kadang, cahaya atmosfer dapat mencapai hingga 40% dari total jumlah cahaya. Cahaya atmosfer terjadi di lapisan atmosfer dengan ketinggian dan ketebalan yang bervariasi. Spektrum cahaya atmosfer mencakup panjang gelombang dari 1000 Å hingga 22,5 mikron. Garis emisi utama dalam pendar atmosfer adalah l 5577 Å, muncul pada ketinggian 90–100 km pada lapisan setebal 30–40 km. Munculnya pendaran disebabkan oleh mekanisme Chapman, yang didasarkan pada rekombinasi atom oksigen. Garis emisi lainnya adalah l 6300 Å, muncul pada kasus rekombinasi disosiatif O + 2 dan emisi NI l 5198/5201 Å dan NI l 5890/5896 Å.

Intensitas pancaran udara diukur dalam Rayleigh. Kecerahan (dalam Rayleigh) sama dengan 4 rv, di mana b adalah kecerahan permukaan sudut lapisan yang memancarkan dalam satuan 10 6 foton/(cm 2 ster·s). Intensitas cahaya bergantung pada garis lintang (berbeda untuk emisi berbeda), dan juga bervariasi sepanjang hari dengan maksimum mendekati tengah malam. Korelasi positif tercatat untuk cahaya atmosfer pada emisi l 5577 Å dengan angka tersebut bintik matahari dan fluks radiasi matahari pada panjang gelombang 10,7 cm. Cahaya atmosfer diamati selama percobaan satelit. Dari luar angkasa tampak seperti cincin cahaya yang mengelilingi bumi dan berwarna kehijauan.

Ozonosfer.

Pada ketinggian 20–25 km, konsentrasi maksimum sejumlah kecil ozon O 3 tercapai (hingga 2×10 –7 kandungan oksigen!), yang timbul di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari pada ketinggian sekitar 10 hingga 50 km, melindungi planet ini dari radiasi matahari pengion. Meskipun jumlah molekul ozon sangat kecil, mereka melindungi semua kehidupan di Bumi dari efek berbahaya radiasi gelombang pendek (ultraviolet dan sinar-X) dari Matahari. Jika Anda memasukkan semua molekul ke dasar atmosfer, Anda akan mendapatkan lapisan yang tebalnya tidak lebih dari 3–4 mm! Pada ketinggian di atas 100 km, proporsi gas ringan meningkat, dan pada ketinggian yang sangat tinggi, helium dan hidrogen mendominasi; banyak molekul terdisosiasi menjadi atom individu, yang terionisasi di bawah pengaruh radiasi keras Matahari, membentuk ionosfer. Tekanan dan kepadatan udara di atmosfer bumi menurun seiring dengan ketinggian. Tergantung pada distribusi suhu, atmosfer bumi dibagi menjadi troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, dan eksosfer. .

Pada ketinggian 20–25 km terdapat lapisan ozon. Ozon terbentuk akibat pemecahan molekul oksigen ketika menyerap radiasi ultraviolet Matahari dengan panjang gelombang lebih pendek dari 0,1–0,2 mikron. Oksigen bebas bergabung dengan molekul O2 dan membentuk ozon O3, yang dengan rakus menyerap semua radiasi ultraviolet yang lebih pendek dari 0,29 mikron. Molekul ozon O3 mudah dihancurkan oleh radiasi gelombang pendek. Oleh karena itu, meskipun tipis, lapisan ozon secara efektif menyerap radiasi ultraviolet dari Matahari yang melewati lapisan atmosfer yang lebih tinggi dan transparan. Berkat ini, organisme hidup di Bumi terlindungi dari efek berbahaya sinar ultraviolet Matahari.

Ionosfir.

Radiasi matahari mengionisasi atom dan molekul atmosfer. Derajat ionisasi menjadi signifikan pada ketinggian 60 kilometer dan terus meningkat seiring jarak dari Bumi. Pada berbagai ketinggian di atmosfer, proses disosiasi berbagai molekul dan ionisasi selanjutnya terjadi secara berurutan atom yang berbeda dan ion. Ini terutama molekul oksigen O 2, nitrogen N 2 dan atomnya. Tergantung pada intensitas proses ini, berbagai lapisan atmosfer yang terletak di atas 60 kilometer disebut lapisan ionosfer , dan totalitasnya adalah ionosfer . Lapisan bawah, yang ionisasinya tidak signifikan, disebut neutrosfer.

Konsentrasi maksimum partikel bermuatan di ionosfer dicapai pada ketinggian 300–400 km.

Sejarah studi ionosfer.

Hipotesis tentang keberadaan lapisan penghantar di lapisan atas atmosfer dikemukakan pada tahun 1878 oleh ilmuwan Inggris Stuart untuk menjelaskan ciri-ciri medan geomagnetik. Kemudian pada tahun 1902, secara independen satu sama lain, Kennedy di AS dan Heaviside di Inggris menunjukkan bahwa untuk menjelaskan perambatan gelombang radio dalam jarak jauh, perlu diasumsikan adanya daerah dengan konduktivitas tinggi di lapisan atas atmosfer. Pada tahun 1923, Akademisi M.V. Shuleikin, dengan mempertimbangkan ciri-ciri perambatan gelombang radio dari berbagai frekuensi, sampai pada kesimpulan bahwa setidaknya ada dua lapisan reflektif di ionosfer. Kemudian pada tahun 1925, peneliti Inggris Appleton dan Barnett, serta Breit dan Tuve, pertama kali secara eksperimental membuktikan keberadaan daerah yang memantulkan gelombang radio, dan meletakkan dasar bagi studi sistematis mereka. Sejak saat itu, telah dilakukan kajian sistematis terhadap sifat-sifat lapisan tersebut, yang umumnya disebut ionosfer, yang berperan penting dalam sejumlah fenomena geofisika yang menentukan pemantulan dan penyerapan gelombang radio, yang sangat penting untuk kepentingan praktis. tujuan, khususnya untuk memastikan komunikasi radio yang andal.

Pada tahun 1930-an mereka memulainya pengamatan sistematis keadaan ionosfer. Di negara kita, atas prakarsa M.A. Bonch-Bruevich, instalasi untuk pemeriksaan denyut nadinya dibuat. Banyak yang telah dipelajari sifat umum ionosfer, ketinggian dan konsentrasi elektron lapisan utamanya.

Pada ketinggian 60–70 km lapisan D teramati, pada ketinggian 100–120 km lapisan E, pada ketinggian, pada ketinggian 180–300 km lapisan ganda F 1 dan F 2. Parameter utama dari lapisan ini diberikan pada Tabel 4.

Nilai rata-rata diberikan karena bervariasi pada garis lintang yang berbeda, bergantung pada waktu dan musim. Data tersebut diperlukan untuk memastikan komunikasi radio jarak jauh. Mereka digunakan dalam memilih frekuensi operasi untuk berbagai link radio gelombang pendek. Pengetahuan tentang perubahannya tergantung pada keadaan ionosfer pada waktu yang berbeda dalam sehari dan musim yang berbeda sangat penting untuk memastikan keandalan komunikasi radio. Ionosfer merupakan kumpulan lapisan atmosfer bumi yang terionisasi, mulai dari ketinggian sekitar 60 km hingga ketinggian puluhan ribu km. Sumber utama ionisasi atmosfer bumi adalah ultraviolet dan radiasi sinar-X Matahari, muncul terutama di kromosfer matahari dan korona. Selain itu, derajat ionisasi atmosfer bagian atas dipengaruhi oleh aliran sel darah matahari yang terjadi selama jilatan api matahari, serta sinar kosmik dan partikel meteor.

Lapisan ionosfer

- ini adalah area di atmosfer tempat nilai maksimum konsentrasi elektron bebas (yaitu jumlahnya per satuan volume). Elektron bebas bermuatan listrik dan (pada tingkat lebih rendah, ion yang kurang bergerak) yang dihasilkan dari ionisasi atom gas atmosfer, berinteraksi dengan gelombang radio (yaitu osilasi elektromagnetik), dapat mengubah arahnya, memantulkan atau membiaskannya, dan menyerap energinya. . Akibatnya, ketika menerima stasiun radio yang jauh, berbagai efek dapat terjadi, misalnya komunikasi radio memudar, peningkatan kemampuan mendengar stasiun jarak jauh, pemadaman listrik dll. fenomena.

Metode penelitian.

Metode klasik untuk mempelajari ionosfer dari Bumi adalah dengan melakukan pulse sounding - mengirimkan pulsa radio dan mengamati pantulannya dari berbagai lapisan ionosfer, mengukur waktu tunda dan mempelajari intensitas dan bentuk sinyal yang dipantulkan. Dengan mengukur ketinggian pantulan pulsa radio pada berbagai frekuensi, menentukan frekuensi kritis di berbagai area (frekuensi kritis adalah frekuensi pembawa pulsa radio, di mana wilayah ionosfer tertentu menjadi transparan), dimungkinkan untuk menentukan nilai konsentrasi elektron dalam lapisan dan ketinggian efektif untuk frekuensi tertentu, dan pilih frekuensi optimal untuk jalur radio tertentu. Dengan perkembangan teknologi roket dan dengan permulaan zaman ruang angkasa satelit Bumi buatan (AES) dan pesawat ruang angkasa lainnya, menjadi mungkin untuk mengukur secara langsung parameter dekat Bumi plasma ruang angkasa, bagian bawahnya adalah ionosfer.

Pengukuran konsentrasi elektron, yang dilakukan di atas roket yang diluncurkan khusus dan di sepanjang jalur penerbangan satelit, mengkonfirmasi dan mengklarifikasi data yang sebelumnya diperoleh dengan metode berbasis darat mengenai struktur ionosfer, distribusi konsentrasi elektron dengan ketinggian di atas berbagai wilayah di bumi dan memungkinkan untuk memperoleh nilai konsentrasi elektron di atas maksimum utama - lapisan F. Sebelumnya, hal ini tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan metode sounding berdasarkan pengamatan pantulan pulsa radio gelombang pendek. Telah ditemukan bahwa di beberapa wilayah di dunia terdapat wilayah yang cukup stabil dengan konsentrasi elektron yang berkurang, “angin ionosfer” yang teratur, dan fenomena yang aneh. proses gelombang, mentransfer gangguan ionosfer lokal ribuan kilometer dari tempat permulaannya, dan banyak lagi. Penciptaan perangkat penerima yang sangat sensitif memungkinkan untuk menerima sinyal pulsa yang sebagian dipantulkan dari daerah terendah ionosfer (stasiun refleksi parsial) di stasiun pemancar pulsa ionosfer. Penggunaan instalasi pulsa yang kuat dalam rentang panjang gelombang meter dan desimeter dengan penggunaan antena yang memungkinkan konsentrasi energi yang dipancarkan tinggi memungkinkan untuk mengamati sinyal yang tersebar oleh ionosfer di berbagai ketinggian. Studi tentang ciri-ciri spektrum sinyal-sinyal ini, yang dihamburkan secara tidak koheren oleh elektron dan ion plasma ionosfer (untuk ini, stasiun hamburan gelombang radio yang tidak koheren digunakan) memungkinkan untuk menentukan konsentrasi elektron dan ion, ekuivalennya. suhu pada berbagai ketinggian hingga ketinggian beberapa ribu kilometer. Ternyata ionosfer cukup transparan untuk frekuensi yang digunakan.

Konsentrasi muatan listrik(konsentrasi elektron sama dengan konsentrasi ion) di ionosfer bumi pada ketinggian 300 km adalah sekitar 10 6 cm –3 pada siang hari. Plasma dengan kepadatan ini memantulkan gelombang radio yang panjangnya lebih dari 20 m, dan mentransmisikan gelombang yang lebih pendek.

Distribusi vertikal khas konsentrasi elektron di ionosfer untuk kondisi siang dan malam.

Perambatan gelombang radio di ionosfer.

Penerimaan yang stabil dari stasiun penyiaran jarak jauh bergantung pada frekuensi yang digunakan, serta waktu, musim, dan, di samping itu, aktivitas matahari. Aktivitas matahari secara signifikan mempengaruhi keadaan ionosfer. Gelombang radio yang dipancarkan oleh stasiun bumi merambat dalam garis lurus, seperti semua jenis gelombang radio. getaran elektromagnetik. Namun, harus diingat bahwa baik permukaan bumi maupun lapisan atmosfer yang terionisasi berfungsi sebagai pelat kapasitor besar, yang bertindak seperti efek cermin pada cahaya. Dipantulkan darinya, gelombang radio dapat menempuh jarak ribuan kilometer, mengelilingi dunia dalam lompatan besar sejauh ratusan dan ribuan kilometer, dipantulkan secara bergantian dari lapisan gas terionisasi dan dari permukaan bumi atau air.

Pada tahun 20-an abad terakhir, diyakini bahwa gelombang radio yang lebih pendek dari 200 m umumnya tidak cocok untuk komunikasi jarak jauh karena daya serapnya yang kuat. Eksperimen pertama penerimaan gelombang pendek jarak jauh melintasi Atlantik antara Eropa dan Amerika dilakukan oleh fisikawan Inggris Oliver Heaviside dan insinyur listrik Amerika Arthur Kennelly. Secara independen satu sama lain, mereka berpendapat bahwa di suatu tempat di sekitar bumi terdapat lapisan atmosfer terionisasi yang mampu memantulkan gelombang radio. Itu disebut lapisan Heaviside-Kennelly, dan kemudian ionosfer.

Menurut konsep modern, ionosfer terdiri dari elektron bebas bermuatan negatif dan ion bermuatan positif, terutama molekul oksigen O + dan oksida nitrat NO +. Ion dan elektron terbentuk sebagai hasil disosiasi molekul dan ionisasi atom gas netral oleh sinar-X matahari dan radiasi ultraviolet. Untuk mengionisasi suatu atom, ia perlu memberikan energi ionisasi, yang sumber utamanya bagi ionosfer adalah ultraviolet, sinar-X, dan radiasi sel dari Matahari.

Sementara cangkang gas Bumi diterangi oleh Matahari, semakin banyak elektron yang terus-menerus terbentuk di dalamnya, tetapi pada saat yang sama beberapa elektron, yang bertabrakan dengan ion, bergabung kembali, membentuk partikel netral lagi. Setelah matahari terbenam, pembentukan elektron baru hampir berhenti, dan jumlah elektron bebas mulai berkurang. Semakin banyak elektron bebas di ionosfer, semakin baik gelombang yang dipantulkan dari ionosfer frekuensi tinggi. Dengan penurunan konsentrasi elektron, gelombang radio hanya mungkin lewat dalam rentang frekuensi rendah. Itulah sebabnya pada malam hari, biasanya, stasiun jarak jauh hanya dapat diterima pada kisaran 75, 49, 41, dan 31 m. Elektron tersebar tidak merata di ionosfer. Pada ketinggian 50 hingga 400 km terdapat beberapa lapisan atau daerah dengan konsentrasi elektron yang meningkat. Area-area ini bertransisi dengan lancar satu sama lain dan memiliki efek berbeda pada perambatan gelombang radio HF. Lapisan atas ionosfer ditandai dengan huruf F. Di sini derajat ionisasi tertinggi (fraksi partikel bermuatan sekitar 10 –4). Terletak di ketinggian lebih dari 150 km di atas permukaan bumi dan memainkan peran reflektif utama dalam perambatan gelombang radio frekuensi tinggi HF jarak jauh. Pada bulan-bulan musim panas, wilayah F terbagi menjadi dua lapisan - F 1 dan F 2. Lapisan F1 dapat menempati ketinggian 200 hingga 250 km, dan lapisan F 2 tampak “mengambang” pada kisaran ketinggian 300–400 km. Biasanya berlapis F 2 terionisasi jauh lebih kuat daripada lapisan F 1. Lapisan malam F 1 menghilang dan lapisannya F 2 tetap ada, perlahan-lahan kehilangan hingga 60% derajat ionisasinya. Di bawah lapisan F pada ketinggian 90 hingga 150 km terdapat lapisan E, ionisasinya terjadi di bawah pengaruh radiasi sinar-X lembut dari Matahari. Derajat ionisasi lapisan E lebih rendah dibandingkan lapisan F, pada siang hari, penerimaan stasiun dalam rentang HF frekuensi rendah 31 dan 25 m terjadi ketika sinyal dipantulkan dari lapisan E. Biasanya ini adalah stasiun yang terletak pada jarak 1000–1500 km. Pada malam hari di lapisan E Ionisasi menurun tajam, namun saat ini ionisasi terus memainkan peran penting dalam penerimaan sinyal dari stasiun pada jarak 41, 49 dan 75 m.

Yang sangat menarik untuk menerima sinyal frekuensi tinggi HF rentang 16, 13 dan 11 m adalah sinyal yang muncul di area tersebut. E lapisan (awan) dengan ionisasi yang sangat meningkat. Luas awan ini bisa bervariasi dari beberapa hingga ratusan kilometer persegi. Lapisan peningkatan ionisasi ini disebut lapisan sporadis. E dan ditunjuk Ya. Awan Es dapat bergerak di ionosfer di bawah pengaruh angin dan mencapai kecepatan hingga 250 km/jam. Pada musim panas di garis lintang tengah pada siang hari, asal muasal gelombang radio akibat awan Es terjadi selama 15-20 hari per bulan. Dekat khatulistiwa hampir selalu ada, dan di lintang tinggi biasanya muncul pada malam hari. Kadang-kadang, pada tahun-tahun dengan aktivitas matahari rendah, ketika tidak ada transmisi pada pita HF frekuensi tinggi, stasiun-stasiun jauh tiba-tiba muncul pada pita 16, 13 dan 11 m dengan volume yang baik, yang sinyalnya dipantulkan berkali-kali dari Es.

Wilayah ionosfer yang paling rendah adalah wilayah tersebut D terletak di ketinggian antara 50 dan 90 km. Ada relatif sedikit elektron bebas di sini. Dari daerah tersebut D Gelombang panjang dan menengah dipantulkan dengan baik, dan sinyal dari stasiun HF frekuensi rendah diserap dengan kuat. Setelah matahari terbenam, ionisasi menghilang dengan sangat cepat dan menjadi mungkin untuk menerima stasiun-stasiun jauh dalam jarak 41, 49 dan 75 m, yang sinyal-sinyalnya dipantulkan dari lapisan-lapisan tersebut. F 2 dan E. Lapisan ionosfer individu memainkan peran penting dalam propagasi sinyal radio HF. Pengaruh gelombang radio terjadi terutama karena adanya elektron bebas di ionosfer, meskipun mekanisme perambatan gelombang radio dikaitkan dengan adanya ion-ion besar. Yang terakhir ini juga menarik ketika mempelajari sifat kimia atmosfer, karena mereka lebih aktif daripada atom dan molekul netral. Reaksi kimia mengalir di ionosfer memainkan peran penting dalam energi dan keseimbangan listrik.

Ionosfer normal. Pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan roket dan satelit geofisika telah memberikan banyak informasi baru yang menunjukkan bahwa ionisasi atmosfer terjadi di bawah pengaruh berbagai macam radiasi matahari. Bagian utamanya (lebih dari 90%) terkonsentrasi di bagian spektrum yang terlihat. Radiasi ultraviolet, yang memiliki panjang gelombang lebih pendek dan energi lebih tinggi daripada sinar cahaya ungu, dipancarkan oleh hidrogen di atmosfer bagian dalam Matahari (kromosfer), dan sinar-X, yang memiliki energi lebih tinggi, dipancarkan oleh gas-gas di kulit terluar Matahari. (korona).

Keadaan normal (rata-rata) ionosfer disebabkan oleh konstan radiasi yang kuat. Perubahan teratur terjadi di ionosfer normal di bawah pengaruh rotasi harian bumi dan perbedaan musim dalam sudut datang sinar matahari pada siang hari, namun perubahan keadaan ionosfer yang tidak terduga dan tiba-tiba juga terjadi.

Gangguan di ionosfer.

Seperti diketahui, manifestasi aktivitas berulang yang kuat terjadi di Matahari, yang mencapai maksimum setiap 11 tahun. Pengamatan dalam program Tahun Geofisika Internasional (IGY) bertepatan dengan periode aktivitas matahari tertinggi sepanjang periode pengamatan meteorologi sistematis, yaitu. dari awal abad ke-18. Selama periode aktivitas tinggi Kecerahan beberapa area di Matahari meningkat beberapa kali lipat, dan kekuatan radiasi ultraviolet dan sinar-X meningkat tajam. Fenomena seperti ini disebut jilatan api matahari. Durasinya dari beberapa menit hingga satu hingga dua jam. Selama suar, plasma matahari (kebanyakan proton dan elektron) meletus, dan partikel-partikel elementer mengalir ke luar angkasa. Radiasi elektromagnetik dan sel darah dari Matahari selama flare tersebut berdampak kuat pada atmosfer bumi.

Reaksi awal diamati 8 menit setelah suar, ketika radiasi ultraviolet dan sinar-X yang intens mencapai bumi. Akibatnya, ionisasi meningkat tajam; Sinar-X menembus atmosfer hingga batas bawah ionosfer; jumlah elektron pada lapisan ini meningkat sedemikian rupa sehingga sinyal radio hampir terserap seluruhnya (“padam”). Penyerapan tambahan radiasi menyebabkan gas memanas, yang berkontribusi pada perkembangan angin. Gas terionisasi adalah konduktor listrik, dan ketika bergerak dalam medan magnet bumi, terjadi efek dinamo dan timbul arus listrik. Arus seperti itu, pada gilirannya, dapat menyebabkan gangguan nyata pada medan magnet dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk badai magnet.

Struktur dan dinamika atmosfer bagian atas sangat ditentukan oleh proses non-ekuilibrium dalam pengertian termodinamika yang terkait dengan ionisasi dan disosiasi radiasi matahari, proses kimia, eksitasi molekul dan atom, penonaktifannya, tumbukan dan proses dasar lainnya. Dalam hal ini, derajat ketidakseimbangan meningkat seiring dengan penurunan kepadatan. Hingga ketinggian 500–1000 km, dan seringkali lebih tinggi, tingkat ketidakseimbangan dalam banyak karakteristik atmosfer bagian atas cukup kecil, sehingga memungkinkan untuk menggunakan hidrodinamika klasik dan hidromagnetik, dengan mempertimbangkan reaksi kimia, untuk menggambarkannya.

Eksosfer adalah lapisan terluar atmosfer bumi, mulai dari ketinggian beberapa ratus kilometer, tempat atom hidrogen ringan dan bergerak cepat dapat lepas ke luar angkasa.

Edward Kononovich

Literatur:

Pudovkin M.I. Dasar-dasar Fisika Matahari. Sankt Peterburg, 2001
Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomi saat ini. Prentice-Hall, Inc. Sungai Saddle Atas, 2002
Materi di Internet: http://ciencia.nasa.gov/