Atmosferos temperatūra, kylant aukštyn nuo žemės paviršiaus, paprastai mažėja. Tačiau maždaug 90 kilometrų aukštyje situacija pasikeičia – temperatūra pradeda kilti. Tai nėra intuityvu, bet šis reiškinys yra gerai suprantamas mokslo. Pažvelkime, kas vyksta šiame aukštyje ir kodėl čia temperatūra elgiasi taip neįprastai.
Termosfera ir jos ypatumai
90 kilometrų aukštis yra termosferos, vieno iš viršutinių atmosferos sluoksnių, dalis. Termosfera skiriasi nuo žemesnių sluoksnių, tokių kaip troposfera ar stratosfera. Šiame aukštyje atmosfera yra labai reta, todėl čia esančios dujos turi visiškai kitokias savybes. Pagrindiniai dalykai, kuriuos reikia suprasti apie termosferą:
- Reta atmosfera: Termosferoje oro molekulių yra labai mažai. Tai reiškia, kad oro tankis čia yra gerokai mažesnis nei žemės paviršiuje.
- Saulės spinduliuotė: Šiame aukštyje tiesioginiai saulės spinduliai yra daug intensyvesni nei žemesniuose atmosferos sluoksniuose.
- Jonizacija: Saulės radiacija, ypač ultravioletiniai spinduliai, atakuoja retos atmosferos molekules, jas jonizuodami ir sukurdami jonosferą.
Kaip Saulės energija šildo termosferą?
Pagrindinė priežastis, kodėl temperatūra kyla 90 km aukštyje, yra tiesioginė Saulės radiacija. Nors žemesni atmosferos sluoksniai yra šildomi nuo žemės paviršiaus atspindėtos šilumos, termosfera gauna šilumą tiesiogiai iš Saulės. Saulės ultravioletiniai spinduliai ir rentgeno spinduliai yra absorbuojami retos atmosferos dujų, tokių kaip azotas ir deguonis, sukeldami jų molekulių sujudėjimą. Šis sujudėjimas pasireiškia kaip padidėjusi kinetinė energija, kurią mes suvokiame kaip temperatūros kilimą.
Reikia pabrėžti, kad nors temperatūra termosferoje yra aukšta, ji nėra tokia, kokią mes įsivaizduojame kasdieniame gyvenime. Dėl reto oro tankio, jei žmogus atsidurtų termosferoje, jis nepajustų didelio karščio, nes molekulių, kurios galėtų perduoti šilumą, yra labai mažai. Tai panašu į situaciją kosmose, kur temperatūra gali siekti kelis šimtus laipsnių, bet astronautai nepatiria tokio karščio, nes nėra pakankamai dalelių, kurios perduotų šilumą.
Jonosferos vaidmuo
Jonosfera, kuri yra termosferos dalis, taip pat vaidina svarbų vaidmenį temperatūros kitime. Jonizacijos procesas, kurio metu Saulės spinduliai išmuša elektronus iš atomų ir molekulių, sukuria jonus ir laisvuosius elektronus. Šie laisvieji elektronai gali labai greitai judėti ir susidurti su kitomis dalelėmis, perduodami savo energiją ir didindami temperatūrą.
Be to, jonosfera veikia kaip veidrodis radijo bangoms, leidžiantis joms sklisti dideliais atstumais. Tai svarbu telekomunikacijoms, nes leidžia perduoti signalus per didelius atstumus aplink Žemę. Tačiau, kai Saulės aktyvumas padidėja, jonosfera gali tapti labai aktyvi ir sukelti radijo ryšio trikdžius.
Temperatūros kitimas ir jo įtaka
Termosferos temperatūra nėra pastovi. Ji kinta priklausomai nuo Saulės aktyvumo. Kai Saulė yra aktyvi, ji skleidžia daugiau spinduliuotės, todėl termosfera įkaista labiau. Kai Saulės aktyvumas mažėja, termosferos temperatūra taip pat mažėja. Šie temperatūros svyravimai gali turėti įtakos:
- Palydovų orbitoms: Atmosferos tankis termosferoje gali paveikti palydovų orbitas, nes jie patiria oro pasipriešinimą. Padidėjus atmosferos tankiui, palydovai gali greičiau prarasti aukštį ir nukristi į žemę.
- Radijo ryšiui: Jonosferos būklė, kuri priklauso nuo Saulės aktyvumo, gali paveikti radijo bangų sklidimą. Per stiprias Saulės audras, radijo ryšys gali būti sutrikdytas.
- Auroroms: Poliarinės pašvaistės, dar vadinamos auroromis, dažniausiai susidaro termosferoje, kai Saulės vėjas sąveikauja su Žemės magnetiniu lauku. Šis reiškinys yra vizualiai įspūdingas ir parodo, kaip Saulės energija sąveikauja su mūsų planetos atmosfera.
Nors termosferos temperatūra yra aukšta, ji nėra tokia, kokią mes įsivaizduojame kasdieniame gyvenime. Dėl reto oro tankio, šiluma čia pasireiškia kitaip. Tai svarbu suprasti, norint suvokti, kaip veikia viršutiniai atmosferos sluoksniai ir kaip jie sąveikauja su Saule. Termosferos tyrimai padeda mums geriau suprasti mūsų planetos atmosferą ir jos dinamiką.