Földrajz | Természetföldrajz » A légkörök fölfedezése

Folytonos színkép piros prizma piros bizonyos összetételû izzó gáz kék Kibocsátási színkép bizonyos összetételû hideg gáz kék Elnyelési színkép piros kék A sötét vonalak adott elrendezése csak egy anyagra jellemzõ Folytonos emissziós spektrum például a szivárvány, ami a Nap által kibocsátott fény egyes összetevőire bontva (e jelenséget Newton ismerte fel). Izzó testek mindig ilyen folyamatos spektrumot adnak, azaz minden frekvencián sugároznak. Atomos vagy egyszerű molekulájú ritkább, hűvösebb gázok viszont vonalas spektrumot adnak, azaz csak néhány frekvencián sugároznak. Ezeket a frekvenciákat az egyes atomok energiaszintjei határozzák meg. Az elnyelési színképet akkor kapjuk, ha egy folytonos színképű (izzó anyag által kibocsátott) fény olyan anyagon hatol keresztül, ν UVB UVA A Nap görbéjére vonatkozó energia (W/m2) O2 O3 500 +: Légköri ablakok a Vénuszon + VIS kék 0 A légköri vízpára

elnyelési sávjai (rajz) Közeli infravörös Termális (hõsugárzás) 1µ 1,5µ 2,0µ 3,0µ 5,0µm 7 10µm 14 20µm piros Optikai ablak H2O Áteresztett sugárzás (felszínre/világûrbe) H2O N2O CO2 H2O H2O CH4 Távoli infravörös 300µm 500µm IR WV CO2 H2O 1000 ++ Hosszúhullámú ablak H2O O2 O3 Meteosat IR sáv Látható Röntg. UV 0,7µ λ 0,3µ 0,4µ Meteosat vízgõz sáv (légkör) A légkörök elemzéséhez elnyelési (abszorpciós) színképet használnak: a folyamatos spektrumú napsugárzás áthatol egy gázon, az ott levő anyagok bizonyos hullámhosszakon elnyelik a sugarakat, másokon nem. Ahol a Föld légkörében nincs elnyelés és a fény szabadon juthat le a felszínig, azt a hullámhossztartományt légköri ablaknak nevezik. Az emberi szem számára látható tartományban (kb. 0,4-0,7 µ m ) található az egyik ilyen légköri ablak, ahol csaknem teljes az áteresztés. A másik ablak a rádiótartományba esik Az elnyelési

tartományokban a világűrből érkező sugarak nem jutnak le a felszínre, illetve a felszínről kifelé igyekvők sem jutnak ki a légkör fölé (ezen alapszik az üvegházhatás). A spektrumok elemzése a múlt században sokszor tévútra vitte a kutatókat: a Marsról bizonyosan állították, hogy rengeteg vízgőz van légkörében. Bizonytalan volt a vízgőztartalom a Vénusz színképében is. Csökkenti a mérési bizonytalanságot, és így a légkör zavaró hatását, ha a távcsövet minél magasabbra helyezik (hegycsúcsra, ballonra). Az 1930-as évektől mértek a hegycsúcsokon, és a vízgőz vonalai el is Foltok. Amíg egy bolygó felszínén csak különböző alakú foltokat tudunk megfigyelni, színképelemzés nélkül is következtethetünk a légkör meglétére: ha a foltok alakja megváltozik, eltűnnek, újak jelennek meg, akkor ezek a foltok valószínűleg felhők. Ha a foltok alakja változatlan, és szabályos időközönként ugyanott jelennek meg,

akkor valószínűbb, hogy a felszínt látjuk, amint elfordul előttünk. De ez nem mindig ilyen egyértelmű A Jupiter esetében a Nagy Vörös Foltot, amely viszonylag stabil képződmény, eleinte forró felszíni lávának hitték. A Titán narancs légkörében nincsenek foltok, az egységesen narancs színű. Szarvak. A légköri fénytörés miatt a sarló alakúnak mutatkozó Vénusz (kép) szarvának csúcsai túlnyúlnak a sötét oldalra is. Ez is légkör jelenlétét mutatja Csillagfedés. Ritkán, de előfordul, hogy egy bolygó égi útja során a Földről nézve eltakar egy csillagot. Az ilyen csillagfedésekkor a csillag fényének változásából következtetni lehet a bolygó légkörének sűrűségére és szerkezetére: amint a csillag egyre közelebb kerül a bolygó felszínéhez. A légkör a csillag fényét egyre jobban elnyeli, az tehát fokozatosan halványul el, ill. Mikrohullám (radar): Ks. Ku, X, C, S, L, P sávok 1mm 5mm 1cm 10cm 60GHz 12GHz 5GHz 2

GHz 0% CO2 CO2 (Szürke terület:) Elnyelt sugárzás CO2 (Ezeken a frekvenciákon a légkör átlátszatlan/abb) (A Napból érkezõ sugárzás az elnyelési sávokban nem jut le a felszínre, a felszínrõl induló hosszúhullámú kisugárzás pedig nem jut ki közvetlenül a világûrbe.) Az ábrán látható képletek az adott anyag A Mars elnyelési görbéje TV 0,5m λ 600 MHz . ν O2 Rádió ablak elnyelési sávjánál találhatók. ÁTERESZTÉS Színképelemzés. Ha egy távoli égitest akár egyetlen fénypontnak is látszik, színképe ez alapján már meghatározható Kétféle spektrumot lehet vizsgálni: az emissziós (kibocsátási) és abszorpciós (elnyelési) színképet. Ezek a különböző kémiai elemek „ujjlenyomatait” mutatják. tűntek a Mars és a Vénusz esetében, és megjelent a CO 2-é. A Jupiterről szóló, 1960-as években született könyvekben még ammónia és metán légkörről írnak – ma már tudjuk, hogy légkörének fő

alkotórésze a hidrogén és a hélium, és nem az ammónia és a metán. 100% s t b oc sát ki m a gáb ól A f el szí n e lny e l i a lá th a tó f é ny t és h õs ug á rz á A napsugárzás ideális görbéje (6000 K -es fekete-test sugárzása) 2000 Itt a legerõsebb a Föld infravörös (hosszúhullámú) kisugárzása, így az itt elnyelõ anyagok tudnak üvegházhatást okozni. A 8-13 µ tartományban azonban jelentõs (A Nap rövidhullámú sugárzása) légköri ablak található: a kisugárzás jórésze ezen át az (Besugárzás a Föld légkörének tetején) ûrbe távozik. Ezért a Földön csak gyenge üvegházhatásról beszélhetünk. A Föld ideális sugárzási görbéje (300 K feketetest sugárzása) (A Föld hosszúhullámú kisugárzása) (Planetáris sugárzás) (kb. 20x-os torzítással) Ravi P. Gupta (1991) nyomán (HH) Elnyelési sávok: a „hupanók” az egyes légköri gázokra (O2, O3, H2O stb.) jellemzők

BÉRCZI-HARGITAI-ILLÉS-KERESZTURI-OPITZ-SIK-WEIDINGER: KIS ATLASZ A NAPRENDSZERRÕL (4): BOLYGÓLÉGKÖRÖK ATLASZA. (2002) ONLINE MINTAOLDAL (az eredeti energia %-a) Mi árulja el egy távoli égitestről, hogy van légköre? melynek vonalas a színképe. Így a légkörön áthatoló napfényben sötét – elnyelési – vonalak lesznek, méghozzá épp ott, ahol azonos anyagú (izzó) gáz esetén kibocsátási vonalak lennének (Kirchhoff törvénye). A Nap emissziós vonalait (amely a Nap és a Föld légkörének anyagait mutatja meg) Joseph Fraunhofer rajzolta le először 1814-ben, de még nem tudta mire vélni a vonalak természetét. Talált olyan elnyelési vonalcsoportot is, mely semmilyen földi fényforrás esetén nem jelentkezett. Az ezt okozó gázt később a Napról (Heliosz, gör.) héliumnak nevezték el Mûholdas TV 1. A LÉGKÖRÖK FÖLFEDEZÉSE Műholdas képek: az elsõ meteorológiai mûholdkép (Tiros mûhold, 1960, középső kép) alapvetõ

szemléletformáló hatással volt saját bolygónk megismerésében, különösen, ha az addigi Földábrázolásokkal összehasonlítjuk (balra: rajz az 1880-as évekbõl, egy Csillagászati Földrajz tankönyvbõl: „A Föld a térben”) . Napjainkban a légkörrõl naponta többször készülnek képek [Meteosat-7 (Európa), GOES (Amerika), GMS-5 (Japán)], melyek esténként a Föld szinte minden otthonába eljutnak (jobbra, szaúd-arábiai TV). erősödik fel a fedés után a másik oldalon. (A bolygókörüli gyűrűk létét hasonlóan lehet kimutatni.) Ha egy égitestnek nincs légköre, akkor a csillagfedéskor egyik pillanatról a másikra húny ki a csillag fénye, amint az égitest eltakarja. légk ör A csillag relatív mozgása 2000 A felszínt elérõ napfény délben, a kissé párás levegõn át Idő múlása A Titán elfedi a 28Sgr csillagot (1989-es mérés alapján) Átvonulás. 1761-ben az orosz Lomonoszov jött rá elsőként, hogy a Vénusznak van

légköre. Pétervárott a Vénusznak a Napkorong előtti átvonulását (tranzit) figyelte meg, hogy A Titán a Nap irányában fényképezve (Voyager felvétel). Jól látszik a gyûrû, mely a Nap által megvilágított, a bolygót körbefogó légkör fénye. A napfény sugárzása; valamint a földfelszín jellemzõ anyagainak (zöld növényzet, talaj és víz) fényvisszaverõ-képessége különféle hullámhosszakon (spektrumok). 35 O2 elnyelés 30 60% 25 A felszínt érõ napfény egy felhõ árnyékában 50 H2O 20 40 15 CO2 elnyelés H2O 20 Talaj spektruma 5 Vízfelület (Sajó folyó) 0 350 30 H2O Zöld növényzet jellegzetes spektruma (fényvisszaverése) 10 400 Ibolya megállapíthassa a bolygó átmérőjét. Pontosan azonban nem tudta megfigyelni, mert egy zavaró hatás elmosta a bolygó peremét. A Napkorong elöl kikerülő Vénuszon pedig még egy különös jelenséget figyelt meg: egy világos udvar vette körbe a bolygót (lásd a

korabeli rajzot). Hasonló udvart látott a Voyager űrszonda is a Titán körül, mikor visszanézett a Titán sötét oldalára: hátulról a Nap világította meg légkörét. tömegű és 3,5 napos keringési idejű bolygó légköre elnyelte a csillag fényét bizonyos tartományban. Ebből a légkörében nátrium jelenlétére lehetett következtetni Idegen Naprendszer bolygójának légköre. Egy, a Naprendszeren kívüli bolygó légkörének összetételét először egy 2001-es átvonuláskor, színképelemzés segítségével állapították meg. A 150 fényévre levő HD209458 nevű csillag színe kicsit megváltozott, amint a bolygója elhaladt előtte (hogy épp e csillag és a Föld között legyen a bolygó a megfigyeléskor, ahhoz nagy szerencse kell). A csillag színképének megváltozása arra utalt, hogy a 0,7 Jupiter- 450 500 Kék 550 600 Zöld Sárga Nar. 650 Piros 700 750 800 850 900 H2O H2O CH4 10 0% 950 1000 1300 1500 1700 1900 2100 2400

Közeli infravörös (nem látható hullámhosszak) Fényvisszaverés [%] (albedó) A fény fokozatos eltûnése és visszatérése légkörre utal (légkör nélkül függõleges vonalat kapnánk) 1960 1880 A földfelszínt elérõ napsugárzás intenzitása Fényesség intenzitása Titán Hullámsáv: a látható és a közeli infravörös tartományokban (0,3 és 2,5 µ m között). Jól láthatók a víz és néhány más molekula (nyíllal jelezve) elnyelési sávjai. (Az Alföldön végzett mérések alapján, 2002. 07) (HH) Hullámhossz [nanométer] Analógia és eltérõ nézõpont alkalmazása egy légköri jelenség felderítésében. Portölcsér (dust devil) a Földön (balra), a Marson (felülrõl, az árnyékával együtt fényképezve) (középen) és a Mars egy másik területén portölcsérek felszínen húzott nyomai (jobbra). BÉRCZI-HARGITAI-ILLÉS-KERESZTURI-OPITZ-SIK-WEIDINGER: KIS ATLASZ A NAPRENDSZERRÕL (4): BOLYGÓLÉGKÖRÖK ATLASZA. (2002) ONLINE

MINTAOLDAL