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O ar atmosférico consiste em nitrogênio (77,99%), oxigênio (21%), gases inertes (1%) e dióxido de carbono (0,01%). A participação do dióxido de carbono aumenta ao longo do tempo devido ao fato de os produtos da combustão do combustível serem liberados na atmosfera e, além disso, diminui a área de florestas que absorvem dióxido de carbono e liberam oxigênio.

Existe também uma pequena quantidade de ozônio na atmosfera, que se concentra a uma altitude de cerca de 25-30 km e forma a chamada camada de ozônio. Esta camada cria uma barreira à radiação ultravioleta solar, que é perigosa para os organismos vivos na Terra.

Além disso, a atmosfera contém vapor de água e várias impurezas - partículas de poeira, cinzas vulcânicas, fuligem, etc. A concentração de impurezas é maior na superfície da terra e em certas áreas: acima grandes cidades, desertos.

Troposfera- mais baixo, contém a maior parte do ar e. A altura desta camada varia: de 8 a 10 km perto dos trópicos a 16 a 18 km perto do equador. na troposfera diminui com a subida: 6°C por cada quilómetro. O clima se forma na troposfera, se formam ventos, precipitações, nuvens, ciclones e anticiclones.

A próxima camada da atmosfera é estratosfera. O ar nele é muito mais rarefeito e contém muito menos vapor d'água. A temperatura na parte inferior da estratosfera é de -60 - -80°C e diminui com o aumento da altitude. É na estratosfera que se localiza a camada de ozônio. A estratosfera é caracterizada por ventos de alta velocidade (até 80-100 m/s).

Mesosfera- a camada intermediária da atmosfera, situada acima da estratosfera em altitudes de 50 a S0-S5 km. A mesosfera é caracterizada por uma diminuição na temperatura média com altura de 0°C no limite inferior a -90°C no limite superior. Perto do limite superior da mesosfera, são observadas nuvens noctilucentes, iluminadas pelo sol à noite. A pressão do ar no limite superior da mesosfera é 200 vezes menor do que na superfície da Terra.

Termosfera- localizado acima da mesosfera, em altitudes de SO a 400-500 km, nele a temperatura primeiro lentamente e depois rapidamente começa a subir novamente. A razão é a absorção da radiação ultravioleta do Sol em altitudes de 150-300 km. Na termosfera, a temperatura aumenta continuamente até uma altitude de cerca de 400 km, onde atinge 700 - 1500°C (dependendo da atividade solar). Sob a influência da radiação ultravioleta, dos raios X e da radiação cósmica, também ocorre a ionização do ar (“auroras”). As principais regiões da ionosfera estão dentro da termosfera.

Exosfera- a camada externa e mais rarefeita da atmosfera, começa em altitudes de 450-000 km, e seu limite superior está localizado a uma distância de vários milhares de km da superfície terrestre, onde a concentração de partículas torna-se a mesma que no interplanetário espaço. A exosfera consiste em gás ionizado (plasma); as partes inferior e média da exosfera consistem principalmente de oxigênio e nitrogênio; Com o aumento da altitude, a concentração relativa de gases leves, especialmente o hidrogênio ionizado, aumenta rapidamente. A temperatura na exosfera é 1300-3000° C; cresce fracamente com a altura. Os cinturões de radiação da Terra estão localizados principalmente na exosfera.

A atmosfera é a concha gasosa do nosso planeta, que gira junto com a Terra. O gás na atmosfera é chamado de ar. A atmosfera está em contato com a hidrosfera e cobre parcialmente a litosfera. Mas os limites superiores são difíceis de determinar. É convencionalmente aceito que a atmosfera se estende para cima por aproximadamente três mil quilômetros. Lá ele flui suavemente para um espaço sem ar.

Composição química da atmosfera terrestre

A formação da composição química da atmosfera começou há cerca de quatro bilhões de anos. Inicialmente, a atmosfera consistia apenas de gases leves - hélio e hidrogênio. Segundo os cientistas, os pré-requisitos iniciais para a criação de uma camada de gás ao redor da Terra foram as erupções vulcânicas, que, junto com a lava, emitiram grandes quantidades de gases. Posteriormente, as trocas gasosas começaram com os espaços aquáticos, com os organismos vivos e com os produtos de suas atividades. A composição do ar mudou gradualmente e forma moderna registrada há vários milhões de anos.

Os principais componentes da atmosfera são o nitrogênio (cerca de 79%) e o oxigênio (20%). A restante percentagem (1%) é composta pelos seguintes gases: árgon, néon, hélio, metano, dióxido de carbono, hidrogénio, criptónio, xénon, ozono, amoníaco, dióxidos de enxofre e azoto, óxido nitroso e monóxido de carbono, que estão incluídos neste um por cento.

Além disso, o ar contém vapor de água e partículas (pólen, poeira, cristais de sal, impurezas em aerossol).

Recentemente, os cientistas notaram uma mudança não qualitativa, mas quantitativa em alguns ingredientes do ar. E a razão para isso é o homem e suas atividades. Só nos últimos 100 anos, os níveis de dióxido de carbono aumentaram significativamente! Isto está repleto de muitos problemas, o mais global dos quais são as alterações climáticas.

Formação do tempo e do clima

A atmosfera desempenha um papel crítico na formação do clima e do tempo na Terra. Depende muito da quantidade de luz solar, da natureza da superfície subjacente e da circulação atmosférica.

Vejamos os fatores em ordem.

1. A atmosfera transmite o calor dos raios solares e absorve radiações nocivas. Os antigos gregos sabiam que os raios do Sol incidem sobre diferentes partes da Terra em diferentes ângulos. A própria palavra “clima” traduzida do grego antigo significa “inclinação”. Então, no equador, os raios do sol incidem quase na vertical, por isso faz muito calor aqui. Quanto mais perto dos pólos, ângulo maior inclinar E a temperatura cai.

2. Devido ao aquecimento desigual da Terra, formam-se correntes de ar na atmosfera. Eles são classificados de acordo com seus tamanhos. Os menores (dezenas e centenas de metros) são os ventos locais. Isto é seguido por monções e ventos alísios, ciclones e anticiclones e zonas frontais planetárias.

Todas essas massas de ar estão em constante movimento. Alguns deles são bastante estáticos. Por exemplo, ventos alísios que sopram das regiões subtropicais em direção ao equador. O movimento dos outros depende em grande parte pressão atmosférica.

3. A pressão atmosférica é outro factor que influencia a formação do clima. Esta é a pressão do ar na superfície da Terra. Como se sabe, as massas de ar movem-se de uma área com alta pressão atmosférica para uma área onde essa pressão é menor.

Um total de 7 zonas são alocadas. Equador - zona pressão baixa. Além disso, em ambos os lados do equador até as latitudes trinta existe uma área de alta pressão. De 30° a 60° - baixa pressão novamente. E de 60° até os pólos há uma zona de alta pressão. Massas de ar circulam entre essas zonas. As que vêm do mar para a terra trazem chuva e mau tempo, e as que sopram dos continentes trazem tempo claro e seco. Em locais onde as correntes de ar colidem, formam-se zonas frontais atmosféricas, caracterizadas por precipitação e clima inclemente e ventoso.

Os cientistas provaram que até o bem-estar de uma pessoa depende da pressão atmosférica. De acordo com os padrões internacionais, a pressão atmosférica normal é de 760 mm Hg. coluna a uma temperatura de 0°C. Este indicador é calculado para as áreas de terreno que estão quase ao nível do mar. Com a altitude a pressão diminui. Portanto, por exemplo, para São Petersburgo 760 mm Hg. - esta é a norma. Mas para Moscou, que fica mais alta, a pressão normal é de 748 mm Hg.

A pressão muda não apenas verticalmente, mas também horizontalmente. Isto é especialmente sentido durante a passagem de ciclones.

A estrutura da atmosfera

A atmosfera lembra um bolo em camadas. E cada camada tem características próprias.

. Troposfera- a camada mais próxima da Terra. A “espessura” desta camada muda com a distância do equador. Acima do equador, a camada se estende para cima por 16-18 km, nas zonas temperadas por 10-12 km, nos pólos por 8-10 km.

É aqui que estão contidos 80% da massa total de ar e 90% do vapor d'água. Aqui se formam nuvens, surgem ciclones e anticiclones. A temperatura do ar depende da altitude da área. Em média, diminui 0,65° C a cada 100 metros.

. Tropopausa- camada de transição da atmosfera. Sua altura varia de várias centenas de metros a 1-2 km. A temperatura do ar no verão é mais elevada do que no inverno. Por exemplo, acima dos pólos no inverno é de -65° C. E acima do equador é de -70° C em qualquer época do ano.

. Estratosfera- esta é uma camada cujo limite superior fica a uma altitude de 50-55 quilômetros. A turbulência aqui é baixa, o conteúdo de vapor d'água no ar é insignificante. Mas há muito ozônio. Sua concentração máxima está a uma altitude de 20-25 km. Na estratosfera, a temperatura do ar começa a subir e atinge +0,8° C. Isso se deve ao fato da camada de ozônio interagir com a radiação ultravioleta.

. Estratopausa- uma camada intermediária baixa entre a estratosfera e a mesosfera que a segue.

. Mesosfera- o limite superior desta camada é de 80 a 85 quilômetros. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres ocorrem aqui. São eles que proporcionam aquele suave brilho azul do nosso planeta, que é visto do espaço.

A maioria dos cometas e meteoritos queima na mesosfera.

. Mesopausa- a próxima camada intermediária, cuja temperatura do ar é de pelo menos -90°.

. Termosfera- o limite inferior começa a uma altitude de 80 a 90 km, e o limite superior da camada corre aproximadamente a 800 km. A temperatura do ar está aumentando. Pode variar de +500° C a +1000° C. Durante o dia, as flutuações de temperatura chegam a centenas de graus! Mas o ar aqui é tão rarefeito que entender o termo “temperatura” como o imaginamos não é apropriado aqui.

. Ionosfera- combina a mesosfera, mesopausa e termosfera. O ar aqui consiste principalmente de moléculas de oxigênio e nitrogênio, bem como de plasma quase neutro. Os raios solares que entram na ionosfera ionizam fortemente as moléculas de ar. Na camada inferior (até 90 km) o grau de ionização é baixo. Quanto maior, maior será a ionização. Assim, a uma altitude de 100-110 km, os elétrons estão concentrados. Isso ajuda a refletir ondas de rádio curtas e médias.

A camada mais importante da ionosfera é a superior, localizada a uma altitude de 150-400 km. Sua peculiaridade é que reflete ondas de rádio, o que facilita a transmissão de sinais de rádio a distâncias consideráveis.

É na ionosfera que ocorre um fenômeno como a aurora.

. Exosfera- consiste em átomos de oxigênio, hélio e hidrogênio. O gás nesta camada é muito rarefeito e os átomos de hidrogênio muitas vezes escapam para o espaço sideral. Portanto, esta camada é chamada de “zona de dispersão”.

O primeiro cientista a sugerir que a nossa atmosfera tem peso foi o italiano E. Torricelli. Ostap Bender, por exemplo, em seu romance “O Bezerro de Ouro” lamentou que cada pessoa seja pressionada por uma coluna de ar de 14 kg! Mas o grande conspirador estava um pouco enganado. Um adulto experimenta uma pressão de 13 a 15 toneladas! Mas não sentimos esse peso, porque a pressão atmosférica é equilibrada pela pressão interna de uma pessoa. O peso da nossa atmosfera é de 5.300.000.000.000.000 toneladas. O número é colossal, embora represente apenas um milionésimo do peso do nosso planeta.

O envelope gasoso que envolve o nosso planeta Terra, conhecido como atmosfera, consiste em cinco camadas principais. Essas camadas se originam na superfície do planeta, desde o nível do mar (às vezes abaixo) e sobem para o espaço sideral na seguinte sequência:

• Troposfera;
• Estratosfera;
• Mesosfera;
• Termosfera;
• Exosfera.

Diagrama das principais camadas da atmosfera terrestre

Entre cada uma dessas cinco camadas principais existem zonas de transição chamadas "pausas", onde ocorrem mudanças na temperatura, composição e densidade do ar. Juntamente com as pausas, a atmosfera da Terra inclui um total de 9 camadas.

Troposfera: onde ocorre o clima

De todas as camadas da atmosfera, a troposfera é aquela com a qual estamos mais familiarizados (quer você perceba ou não), já que vivemos no seu fundo - a superfície do planeta. Ele envolve a superfície da Terra e se estende para cima por vários quilômetros. A palavra troposfera significa "mudança do globo". Um nome muito apropriado, já que é nesta camada que ocorre o clima do dia a dia.

Começando na superfície do planeta, a troposfera atinge uma altura de 6 a 20 km. O terço inferior da camada, mais próximo de nós, contém 50% de todos os gases atmosféricos. Esta é a única parte de toda a atmosfera que respira. Devido ao fato de o ar ser aquecido por baixo pela superfície terrestre, que absorve a energia térmica do Sol, a temperatura e a pressão da troposfera diminuem com o aumento da altitude.

No topo há uma fina camada chamada tropopausa, que é apenas um amortecedor entre a troposfera e a estratosfera.

Estratosfera: lar do ozônio

A estratosfera é a próxima camada da atmosfera. Estende-se de 6 a 20 km a 50 km acima da superfície da Terra. Esta é a camada em que a maioria dos aviões comerciais voam e os balões de ar quente viajam.

Aqui o ar não flui para cima e para baixo, mas se move paralelamente à superfície em correntes de ar muito rápidas. À medida que você sobe, a temperatura aumenta, graças à abundância de ozônio (O3) que ocorre naturalmente, um subproduto da radiação solar e do oxigênio, que tem a capacidade de absorver os raios ultravioleta nocivos do sol (qualquer aumento de temperatura com altitude em meteorologia é conhecido como uma "inversão").

Como a estratosfera tem temperaturas mais quentes na parte inferior e temperaturas mais frias no topo, a convecção (movimento vertical das massas de ar) é rara nesta parte da atmosfera. Na verdade, você pode ver uma tempestade que assola a troposfera a partir da estratosfera porque a camada atua como uma capa de convecção que impede a penetração das nuvens de tempestade.

Após a estratosfera há novamente uma camada tampão, desta vez chamada estratopausa.

Mesosfera: atmosfera intermediária

A mesosfera está localizada a aproximadamente 50-80 km da superfície da Terra. A alta mesosfera é o lugar natural mais frio da Terra, onde as temperaturas podem cair abaixo de -143°C.

Termosfera: atmosfera superior

Depois da mesosfera e da mesopausa vem a termosfera, localizada entre 80 e 700 km acima da superfície do planeta, e contém menos de 0,01% do ar total do envelope atmosférico. As temperaturas aqui chegam a +2.000° C, mas devido à extrema rarefação do ar e à falta de moléculas de gás para transferir calor, essas altas temperaturas são percebidas como muito frias.

Exosfera: a fronteira entre a atmosfera e o espaço

A uma altitude de cerca de 700-10.000 km acima da superfície da Terra está a exosfera - a borda externa da atmosfera, na fronteira com o espaço. Aqui, os satélites meteorológicos orbitam a Terra.

E a ionosfera?

A ionosfera não é uma camada separada, mas na verdade o termo é usado para se referir à atmosfera entre 60 e 1000 km de altitude. Inclui as partes superiores da mesosfera, toda a termosfera e parte da exosfera. A ionosfera recebe esse nome porque nesta parte da atmosfera a radiação do Sol é ionizada quando passa pelos campos magnéticos da Terra em e. Este fenômeno é observado do solo como a aurora boreal.

Planeta azul...

Este tópico deveria ter sido um dos primeiros a aparecer no site. Afinal, os helicópteros são aeronaves atmosféricas. atmosfera da Terra– seu habitat, por assim dizer:-). A propriedades físicas do arÉ precisamente isso que determina a qualidade deste habitat :-). Ou seja, este é um dos princípios básicos. E eles sempre escrevem primeiro sobre a base. Mas só percebi isso agora. Porém, como você sabe, antes tarde do que nunca... Vamos abordar esse assunto, sem entrar em detalhes e complicações desnecessárias :-).

Então… atmosfera da Terra. Esta é a concha gasosa do nosso planeta azul. Todo mundo conhece esse nome. Por que azul? Simplesmente porque o componente “azul” (assim como o azul e o violeta) da luz solar (espectro) está mais bem espalhado na atmosfera, colorindo-a de um tom azulado-azulado, às vezes com uma tonalidade violeta (em um dia ensolarado, é claro: - )) .

Composição da atmosfera terrestre.

A composição da atmosfera é bastante ampla. Não vou listar todos os componentes no texto; há uma boa ilustração para isso. A composição de todos esses gases é quase constante, com exceção do dióxido de carbono (CO 2 ). Além disso, a atmosfera contém necessariamente água na forma de vapor, gotículas suspensas ou cristais de gelo. A quantidade de água não é constante e depende da temperatura e, em menor medida, da pressão do ar. Além disso, a atmosfera da Terra (especialmente a atual) contém uma certa quantidade, eu diria, de “todo tipo de coisas desagradáveis” :-). Estes são SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, além disso, existem vapores de mercúrio Hg. É verdade que tudo isso está aí em pequena quantidade, graças a Deus :-).

atmosfera da TerraÉ costume dividi-lo em várias zonas sucessivas de altura acima da superfície.

A primeira, mais próxima da Terra, é a troposfera. Esta é a camada mais baixa e, por assim dizer, principal para a vida. tipos diferentes. Contém 80% da massa de todo o ar atmosférico (embora em volume represente apenas cerca de 1% de toda a atmosfera) e cerca de 90% de toda a água atmosférica. A maior parte de todos os ventos, nuvens, chuva e neve 🙂 vem daí. A troposfera se estende por altitudes de cerca de 18 km nas latitudes tropicais e até 10 km nas latitudes polares. A temperatura do ar nele diminui com o aumento da altura em aproximadamente 0,65º a cada 100 m.

Zonas atmosféricas.

Zona dois - estratosfera. Deve-se dizer que entre a troposfera e a estratosfera existe outra zona estreita - a tropopausa. Impede que a temperatura caia com a altura. A tropopausa tem uma espessura média de 1,5-2 km, mas os seus limites não são claros e a troposfera frequentemente se sobrepõe à estratosfera.

Portanto, a estratosfera tem uma altura média de 12 km a 50 km. A temperatura permanece inalterada até 25 km (cerca de -57ºС), depois em algum lugar até 40 km sobe para aproximadamente 0ºС e depois permanece inalterada até 50 km. A estratosfera é uma parte relativamente calma da atmosfera terrestre. Desfavorável clima está praticamente ausente. É na estratosfera que a famosa camada de ozônio está localizada em altitudes de 15 a 20 km a 55 a 60 km.

Segue-se uma pequena camada limite, a estratopausa, na qual a temperatura permanece em torno de 0ºC, e depois a próxima zona é a mesosfera. Estende-se por altitudes de 80-90 km, e nele a temperatura cai para cerca de 80ºC. Na mesosfera, geralmente se tornam visíveis pequenos meteoros, que começam a brilhar e queimar ali.

O próximo intervalo estreito é a mesopausa e além dela a zona da termosfera. Sua altura chega a 700-800 km. Aqui a temperatura volta a subir e em altitudes de cerca de 300 km pode atingir valores da ordem dos 1200ºС. Então permanece constante. Dentro da termosfera, até uma altitude de cerca de 400 km, está a ionosfera. Aqui o ar é altamente ionizado devido à exposição à radiação solar e possui alta condutividade elétrica.

A próxima e, em geral, a última zona é a exosfera. Esta é a chamada zona de dispersão. Aqui, há principalmente hidrogênio e hélio muito rarefeitos (com predominância de hidrogênio). Em altitudes de cerca de 3.000 km, a exosfera passa para o vácuo próximo ao espaço.

Algo assim. Por que aproximadamente? Porque essas camadas são bastante convencionais. São possíveis várias mudanças de altitude, composição de gases, água, temperatura, ionização e assim por diante. Além disso, existem muitos outros termos que definem a estrutura e o estado da atmosfera terrestre.

Por exemplo, homosfera e heterosfera. No primeiro, os gases atmosféricos estão bem misturados e sua composição é bastante homogênea. O segundo está localizado acima do primeiro e praticamente não existe essa mistura ali. Os gases nele são separados pela gravidade. A fronteira entre essas camadas está localizada a uma altitude de 120 km e é chamada de turbopausa.

Vamos terminar com os termos, mas acrescentarei definitivamente que é convencionalmente aceito que o limite da atmosfera está localizado a uma altitude de 100 km acima do nível do mar. Esta fronteira é chamada de Linha Karman.

Acrescentarei mais duas fotos para ilustrar a estrutura da atmosfera. O primeiro, porém, está em alemão, mas é completo e bastante fácil de entender :-). Pode ser ampliado e visto claramente. A segunda mostra a mudança na temperatura atmosférica com a altitude.

A estrutura da atmosfera da Terra.

A temperatura do ar muda com a altitude.

As modernas espaçonaves orbitais tripuladas voam em altitudes de cerca de 300-400 km. Porém, isso não é mais aviação, embora a área, claro, esteja intimamente relacionada em certo sentido, e certamente falaremos sobre isso mais tarde :-).

A zona de aviação é a troposfera. Aeronaves atmosféricas modernas também podem voar nas camadas inferiores da estratosfera. Por exemplo, o teto prático do MIG-25RB é de 23.000 m.

Voo na estratosfera.

E exatamente propriedades físicas do ar A troposfera determina como será o voo, quão eficaz será o sistema de controle da aeronave, como a turbulência na atmosfera irá afetá-la e como os motores irão operar.

A primeira propriedade principal é temperatura do ar. Na dinâmica dos gases, pode ser determinado na escala Celsius ou na escala Kelvin.

Temperatura t 1 a uma determinada altura N na escala Celsius é determinado por:

t 1 = t - 6,5N, Onde t– temperatura do ar próximo ao solo.

A temperatura na escala Kelvin é chamada temperatura absoluta, zero nesta escala é zero absoluto. No zero absoluto, o movimento térmico das moléculas para. O zero absoluto na escala Kelvin corresponde a -273º na escala Celsius.

Assim a temperatura T em alta N na escala Kelvin é determinado por:

T = 273K + t - 6,5H

Pressão do ar. A pressão atmosférica é medida em Pascal (N/m2), no antigo sistema de medição em atmosferas (atm.). Também existe pressão barométrica. Esta é a pressão medida em milímetros de mercúrio usando um barômetro de mercúrio. Pressão barométrica (pressão ao nível do mar) igual a 760 mmHg. Arte.

chamado padrão. Na física 1 atm. exatamente igual a 760 mm Hg. Densidade do ar

. Em aerodinâmica, o conceito mais utilizado é o da densidade de massa do ar. Esta é a massa de ar em 1 m3 de volume. A densidade do ar muda com a altitude, o ar torna-se mais rarefeito. Umidade do ar . Mostra a quantidade de água no ar. Existe um conceito " humidade relativa

" Esta é a razão entre a massa de vapor d'água e o máximo possível a uma determinada temperatura. O conceito de 0%, ou seja, quando o ar está completamente seco, pode existir, em geral, apenas em laboratório. Por outro lado, 100% de umidade é bem possível. Isso significa que o ar absorveu toda a água que poderia absorver. Algo como uma esponja absolutamente “cheia”. A alta umidade relativa reduz a densidade do ar e a baixa umidade relativa a aumenta. Devido ao fato de os voos das aeronaves ocorrerem em diferentes condições atmosféricas, seus parâmetros de voo e aerodinâmicos no mesmo modo de voo podem ser diferentes. Portanto, para estimar corretamente esses parâmetros, introduzimos Atmosfera Padrão Internacional (ISA)

. Mostra a mudança no estado do ar com o aumento da altitude.

Os parâmetros básicos do ar condicionado com umidade zero são considerados os seguintes:

pressão P = 760 mmHg. Arte. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densidade de massa ρ = 1,225 kg/m 3 ;

Para o ISA é aceito (como mencionado acima :-)) que a temperatura caia 0,65º na troposfera a cada 100 metros de altitude.

Atmosfera padrão (exemplo até 10.000 m).

Propriedades físicas do ar também incluem conceitos como inércia, viscosidade e compressibilidade.

A inércia é uma propriedade do ar que caracteriza sua capacidade de resistir a mudanças em seu estado de repouso ou movimento linear uniforme. . Uma medida de inércia é a densidade de massa do ar. Quanto mais alto for, maior será a inércia e a força de resistência do meio quando a aeronave se mover nele.

Viscosidade Determina a resistência ao atrito do ar quando a aeronave está em movimento.

A compressibilidade determina a mudança na densidade do ar com mudanças na pressão. Em baixas velocidades da aeronave (até 450 km/h), não há alteração na pressão quando o fluxo de ar flui ao seu redor, mas em altas velocidades o efeito de compressibilidade começa a aparecer. Sua influência é especialmente perceptível em velocidades supersônicas. Esta é uma área separada da aerodinâmica e um tópico para um artigo separado :-).

Bem, por enquanto parece que é tudo... É hora de terminar esta enumeração um pouco tediosa, que, no entanto, não pode ser evitada :-). atmosfera da Terra, seus parâmetros, propriedades físicas do ar são tão importantes para a aeronave quanto os parâmetros do próprio dispositivo e não podem ser ignorados.

Tchau, até os próximos encontros e mais temas interessantes :) ...

P.S. Para sobremesa, sugiro assistir a um vídeo filmado na cabine de um gêmeo MIG-25PU durante seu voo para a estratosfera. Aparentemente foi filmado por um turista que tem dinheiro para esses voos :-). Quase tudo foi filmado pelo para-brisa. Preste atenção na cor do céu...

ATMOSFERA
envelope gasoso que envolve um corpo celeste. Suas características dependem do tamanho, massa, temperatura, velocidade de rotação e composição química de um determinado corpo celeste, sendo também determinadas pela história de sua formação desde o momento de seu surgimento. A atmosfera da Terra é composta por uma mistura de gases chamada ar. Seus principais componentes são nitrogênio e oxigênio numa proporção de aproximadamente 4:1. Uma pessoa é afetada principalmente pelo estado dos 15-25 km inferiores da atmosfera, uma vez que é nesta camada inferior que se concentra a maior parte do ar. A ciência que estuda a atmosfera é chamada de meteorologia, embora o tema desta ciência seja também o clima e seus efeitos sobre os seres humanos. O estado das camadas superiores da atmosfera, localizadas em altitudes de 60 a 300 e até 1.000 km da superfície da Terra, também muda. Ventos fortes, tempestades se desenvolvem aqui e ocorrem fenômenos elétricos surpreendentes, como auroras. Muitos dos fenômenos listados estão associados ao fluxo de radiação solar, à radiação cósmica e ao campo magnético da Terra. As altas camadas da atmosfera também são um laboratório químico, pois ali, em condições próximas ao vácuo, alguns gases atmosféricos, sob a influência de um poderoso fluxo de energia solar, entram em reações químicas. A ciência que estuda esses fenômenos e processos inter-relacionados é chamada de física da alta atmosfera.
CARACTERÍSTICAS GERAIS DA ATMOSFERA TERRA
Dimensões. Até a sondagem de foguetes e satélites artificiais explorarem as camadas externas da atmosfera a distâncias várias vezes maiores que o raio da Terra, acreditava-se que à medida que nos afastamos da superfície terrestre, a atmosfera gradualmente se torna mais rarefeita e passa suavemente para o espaço interplanetário . Foi agora estabelecido que os fluxos de energia das camadas profundas do Sol penetram no espaço exterior muito além da órbita da Terra, até aos limites exteriores. sistema solar. Este chamado vento ensolarado flui ao redor do campo magnético da Terra, formando uma "cavidade" alongada dentro da qual a atmosfera terrestre está concentrada. O campo magnético da Terra é visivelmente estreitado no lado diurno voltado para o Sol e forma uma longa língua, provavelmente estendendo-se além da órbita da Lua, no lado noturno oposto. O limite do campo magnético da Terra é chamado de magnetopausa. No lado diurno, esta fronteira estende-se a uma distância de cerca de sete raios terrestres da superfície, mas durante os períodos de maior atividade solar acaba por estar ainda mais próxima da superfície da Terra. A magnetopausa é também o limite da atmosfera terrestre, cuja camada externa também é chamada de magnetosfera, uma vez que nela se concentram partículas carregadas (íons), cujo movimento é determinado pelo campo magnético terrestre. O peso total dos gases atmosféricos é de aproximadamente 4,5 * 1015 toneladas. Assim, o “peso” da atmosfera por unidade de área, ou pressão atmosférica, é de aproximadamente 11 toneladas/m2 ao nível do mar.
Significado para a vida. Do exposto, segue-se que a Terra está separada do espaço interplanetário por um poderoso camada protetora. O espaço sideral é permeado por poderosas radiações ultravioleta e de raios X do Sol e por radiação cósmica ainda mais intensa, e esses tipos de radiação são destrutivos para todos os seres vivos. Na borda externa da atmosfera, a intensidade da radiação é letal, mas grande parte dela é retida pela atmosfera distante da superfície da Terra. A absorção desta radiação explica muitas das propriedades das camadas altas da atmosfera e principalmente dos fenômenos elétricos que ali ocorrem. A camada mais baixa da atmosfera, ao nível do solo, é especialmente importante para os humanos, que vivem no ponto de contato entre as camadas sólidas, líquidas e gasosas da Terra. A camada superior da Terra “sólida” é chamada de litosfera. Cerca de 72% da superfície da Terra é coberta pelas águas oceânicas, que constituem a maior parte da hidrosfera. A atmosfera faz fronteira com a litosfera e a hidrosfera. O homem vive no fundo do oceano de ar e próximo ou acima do nível do oceano de água. A interação desses oceanos é um dos fatores importantes que determinam o estado da atmosfera.
Composto. As camadas inferiores da atmosfera consistem em uma mistura de gases (ver tabela). Além dos listados na tabela, outros gases estão presentes na forma de pequenas impurezas no ar: ozônio, metano, substâncias como monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio e enxofre, amônia.

COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA

EM camadas altas atmosfera, a composição do ar muda sob a influência da forte radiação do Sol, o que leva à desintegração das moléculas de oxigênio em átomos. O oxigênio atômico é o principal componente das altas camadas da atmosfera. Finalmente, nas camadas da atmosfera mais distantes da superfície da Terra, os principais componentes são os gases mais leves - hidrogênio e hélio. Como a maior parte da matéria está concentrada nos 30 km inferiores, as mudanças na composição do ar em altitudes acima de 100 km não têm um efeito perceptível na composição geral da atmosfera.
Troca de energia. O sol é a principal fonte de energia fornecida à Terra. A uma distância de aprox. A 150 milhões de km do Sol, a Terra recebe aproximadamente um dois bilionésimos da energia que emite, principalmente na parte visível do espectro, que os humanos chamam de “luz”. A maior parte dessa energia é absorvida pela atmosfera e pela litosfera. A Terra também emite energia, principalmente na forma de radiação infravermelha de ondas longas. Desta forma, estabelece-se um equilíbrio entre a energia recebida do Sol, o aquecimento da Terra e da atmosfera e o fluxo reverso da energia térmica emitida para o espaço. O mecanismo deste equilíbrio é extremamente complexo. Moléculas de poeira e gás dispersam a luz, refletindo-a parcialmente para o espaço sideral. Ainda mais da radiação que chega é refletida pelas nuvens. Parte da energia é absorvida diretamente pelas moléculas de gás, mas principalmente pelas rochas, vegetação e águas superficiais. O vapor de água e o dióxido de carbono presentes na atmosfera transmitem radiação visível, mas absorvem radiação infravermelha. A energia térmica acumula-se principalmente nas camadas inferiores da atmosfera. Um efeito semelhante ocorre em uma estufa quando o vidro permite a entrada de luz e o solo aquece. Como o vidro é relativamente opaco à radiação infravermelha, o calor se acumula na estufa. O aquecimento da baixa atmosfera devido à presença de vapor de água e dióxido de carbono é frequentemente chamado de efeito estufa. Papel importante A nebulosidade desempenha um papel na manutenção do calor nas camadas inferiores da atmosfera. Se as nuvens clarearem ou o ar se tornar mais transparente, a temperatura inevitavelmente cairá à medida que a superfície da Terra irradia energia térmica livremente para o espaço circundante. A água na superfície da Terra absorve a energia solar e evapora, transformando-se em gás - vapor d'água, que transporta uma enorme quantidade de energia para as camadas inferiores da atmosfera. Quando o vapor de água se condensa e se formam nuvens ou neblina, essa energia é liberada na forma de calor. Cerca de metade da energia solar que atinge a superfície terrestre é gasta na evaporação da água e entra nas camadas inferiores da atmosfera. Assim, devido ao efeito estufa e à evaporação da água, a atmosfera aquece por baixo. Isto explica em parte a elevada atividade da sua circulação em comparação com a circulação do Oceano Mundial, que é aquecido apenas por cima e, portanto, muito mais estável que a atmosfera.
Veja também METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA. Além do aquecimento geral da atmosfera pela luz solar, ocorre um aquecimento significativo de algumas de suas camadas devido à radiação ultravioleta e de raios X do Sol. Estrutura. Em comparação com líquidos e sólidos, nas substâncias gasosas a força de atração entre as moléculas é mínima. À medida que a distância entre as moléculas aumenta, os gases são capazes de se expandir indefinidamente se nada os impedir. O limite inferior da atmosfera é a superfície da Terra. A rigor, essa barreira é impenetrável, pois as trocas gasosas ocorrem entre o ar e a água e até entre o ar e as rochas, mas neste caso esses fatores podem ser desprezados. Como a atmosfera é uma concha esférica, ela não possui limites laterais, mas apenas um limite inferior e um limite superior (externo), aberto do lado do espaço interplanetário. Alguns gases neutros vazam através da fronteira externa, assim como matéria entra do espaço exterior circundante. A maioria das partículas carregadas, com exceção dos raios cósmicos de alta energia, são capturadas pela magnetosfera ou repelidas por ela. A atmosfera também é afetada pela força da gravidade, que mantém a concha de ar na superfície da Terra. Os gases atmosféricos são comprimidos pelo seu próprio peso. Esta compressão é máxima no limite inferior da atmosfera, portanto a densidade do ar é maior aqui. Em qualquer altura acima da superfície terrestre, o grau de compressão do ar depende da massa da coluna de ar sobrejacente, portanto, com a altura, a densidade do ar diminui. A pressão, igual à massa da coluna de ar sobrejacente por unidade de área, depende diretamente da densidade e, portanto, também diminui com a altura. Se a atmosfera fosse um “gás ideal” com uma composição constante independente da altitude, uma temperatura constante e uma força de gravidade constante agindo sobre ela, então a pressão diminuiria 10 vezes para cada 20 km de altitude. A atmosfera real difere ligeiramente de um gás ideal até cerca de 100 km de altitude, e então a pressão diminui mais lentamente com a altitude à medida que a composição do ar muda. Pequenas alterações no modelo descrito também são introduzidas por uma diminuição da gravidade com a distância do centro da Terra, que é de aprox. 3% para cada 100 km de altitude. Ao contrário da pressão atmosférica, a temperatura não diminui continuamente com a altitude. Como mostrado na Fig. 1, diminui até aproximadamente uma altura de 10 km e depois começa a aumentar novamente. Isso ocorre quando a radiação solar ultravioleta é absorvida pelo oxigênio. Isso produz o gás ozônio, cujas moléculas consistem em três átomos de oxigênio (O3). Também absorve a radiação ultravioleta e, assim, esta camada da atmosfera, chamada ozonosfera, aquece. Mais acima, a temperatura cai novamente, uma vez que há muito menos moléculas de gás e a absorção de energia é correspondentemente reduzida. Em camadas ainda mais altas, a temperatura aumenta novamente devido à absorção pela atmosfera da radiação ultravioleta e de raios X de comprimento de onda mais curto do Sol. Sob a influência desta poderosa radiação, ocorre a ionização da atmosfera, ou seja, uma molécula de gás perde um elétron e ganha um positivo carga elétrica. Essas moléculas tornam-se íons carregados positivamente. Devido à presença de elétrons e íons livres, essa camada da atmosfera adquire propriedades de condutor elétrico. Acredita-se que a temperatura continua a subir a alturas onde a fina atmosfera passa para o espaço interplanetário. A uma distância de vários milhares de quilómetros da superfície da Terra, é provável que prevaleçam temperaturas que variam entre 5.000° e 10.000° C. Embora as moléculas e os átomos tenham velocidades de movimento muito elevadas e, portanto, uma temperatura elevada, este gás rarefeito não é “. quente” no sentido usual. Devido ao pequeno número de moléculas em grandes altitudes, a sua energia térmica total é muito pequena. Assim, a atmosfera consiste em camadas separadas (isto é, uma série de conchas ou esferas concêntricas), cuja separação depende de qual propriedade é de maior interesse. Com base na distribuição média da temperatura, os meteorologistas desenvolveram um diagrama da estrutura da “atmosfera média” ideal (ver Fig. 1).

A troposfera é a camada inferior da atmosfera, estendendo-se até o primeiro mínimo térmico (a chamada tropopausa). O limite superior da troposfera depende da latitude geográfica (nos trópicos - 18-20 km, nas latitudes temperadas - cerca de 10 km) e da época do ano. O Serviço Meteorológico Nacional dos EUA conduziu sondagens perto do Pólo Sul e revelou mudanças sazonais no auge da tropopausa. Em março, a tropopausa está a uma altitude de aprox. 7,5 km. De Março a Agosto ou Setembro há um arrefecimento constante da troposfera, e o seu limite sobe para uma altitude de aproximadamente 11,5 km durante um curto período em Agosto ou Setembro. Depois, de setembro a dezembro, diminui rapidamente e atinge sua posição mais baixa - 7,5 km, onde permanece até março, oscilando em apenas 0,5 km. É na troposfera que se forma principalmente o clima, que determina as condições de existência humana. A maior parte do vapor de água atmosférico está concentrada na troposfera e, portanto, é aqui que as nuvens se formam principalmente, embora algumas, constituídas por cristais de gelo, sejam encontradas em camadas superiores. A troposfera é caracterizada por turbulência e poderosas correntes de ar (ventos) e tempestades. Na alta troposfera existem fortes correntes de ar em uma direção estritamente definida. Vórtices turbulentos, semelhantes a pequenos redemoinhos, são formados sob a influência do atrito e da interação dinâmica entre massas de ar em movimento lento e rápido. Como geralmente não há cobertura de nuvens nesses níveis elevados, essa turbulência é chamada de “turbulência de ar claro”.
Estratosfera. A camada superior da atmosfera é muitas vezes erroneamente descrita como uma camada com temperaturas relativamente constantes, onde os ventos sopram de forma mais ou menos constante e onde os elementos meteorológicos mudam pouco. As camadas superiores da estratosfera aquecem quando o oxigênio e o ozônio absorvem a radiação ultravioleta do sol. O limite superior da estratosfera (estratopausa) é onde a temperatura aumenta ligeiramente, atingindo um máximo intermediário, que é frequentemente comparável à temperatura da camada superficial do ar. Com base em observações feitas com aviões e balões projetados para voar em altitudes constantes, foram estabelecidas na estratosfera perturbações turbulentas e ventos fortes soprando em diferentes direções. Como na troposfera, existem poderosos vórtices de ar que são especialmente perigosos para aeronaves de alta velocidade. Ventos fortes, chamados correntes de jato, sopram em zonas estreitas ao longo dos limites dos pólos das latitudes temperadas. No entanto, estas zonas podem mudar, desaparecer e reaparecer. As correntes de jato normalmente penetram na tropopausa e aparecem na alta troposfera, mas sua velocidade diminui rapidamente com a diminuição da altitude. É possível que parte da energia que entra na estratosfera (gastada principalmente na formação de ozônio) afete processos na troposfera. A mistura particularmente ativa está associada às frentes atmosféricas, onde extensos fluxos de ar estratosférico foram registrados bem abaixo da tropopausa, e o ar troposférico foi atraído para as camadas inferiores da estratosfera. Avanços significativos foram feitos no estudo da estrutura vertical das camadas inferiores da atmosfera devido ao aprimoramento da tecnologia de lançamento de radiossondas a altitudes de 25 a 30 km. A mesosfera, localizada acima da estratosfera, é uma concha na qual, até uma altura de 80-85 km, a temperatura cai para valores mínimos para a atmosfera como um todo. Baixas temperaturas recordes até -110° C foram registradas por foguetes meteorológicos lançados a partir da instalação norte-americana-canadense em Fort Churchill (Canadá). O limite superior da mesosfera (mesopausa) coincide aproximadamente com o limite inferior da região de absorção ativa dos raios X e da radiação ultravioleta de ondas curtas do Sol, que é acompanhada pelo aquecimento e ionização do gás. Nas regiões polares, os sistemas de nuvens aparecem frequentemente durante a mesopausa no verão e ocupam grande área , mas têm um desenvolvimento vertical insignificante. Essas nuvens noturnas muitas vezes revelam movimentos de ar semelhantes a ondas em grande escala na mesosfera. A composição dessas nuvens, fontes de umidade e núcleos de condensação, dinâmica e relações com fatores meteorológicos ainda não foram suficientemente estudadas. A termosfera é uma camada da atmosfera na qual a temperatura aumenta continuamente. Sua potência pode chegar a 600 km. A pressão e, portanto, a densidade do gás diminuem constantemente com a altitude. Perto da superfície da Terra, 1 m3 de ar contém aprox. 2,5 x 1025 moléculas, a uma altura de aprox. 100 km, nas camadas inferiores da termosfera - aproximadamente 1019, a uma altitude de 200 km, na ionosfera - 5 * 10 15 e, segundo cálculos, a uma altitude de aprox. 850 km - aproximadamente 1.012 moléculas. No espaço interplanetário, a concentração de moléculas é de 10 8-10 9 por 1 m3. A uma altitude de aprox. 100 km o número de moléculas é pequeno e raramente colidem umas com as outras. A distância média que uma molécula em movimento caótico percorre antes de colidir com outra molécula semelhante é chamada de caminho livre médio. A camada na qual esse valor aumenta tanto que a probabilidade de colisões intermoleculares ou interatômicas pode ser desprezada está localizada na fronteira entre a termosfera e a camada sobrejacente (exosfera) e é chamada de pausa térmica. A termopausa fica a aproximadamente 650 km da superfície terrestre. A uma determinada temperatura, a velocidade de uma molécula depende da sua massa: as moléculas mais leves movem-se mais rapidamente do que as mais pesadas. Na baixa atmosfera, onde o caminho livre é muito curto, não há separação perceptível dos gases de acordo com seu peso molecular, mas é pronunciada acima de 100 km. Além disso, sob a influência da radiação ultravioleta e de raios X do Sol, as moléculas de oxigênio se desintegram em átomos cuja massa é metade da massa da molécula. Portanto, à medida que nos afastamos da superfície da Terra, o oxigênio atômico torna-se cada vez mais importante na composição da atmosfera e a uma altitude de aprox. 200 km passam a ser seu principal componente. Mais acima, a uma distância de aproximadamente 1.200 km da superfície terrestre, predominam os gases leves - hélio e hidrogênio. A camada externa da atmosfera consiste neles. Essa separação por peso, chamada estratificação difusa, é semelhante à separação de misturas por centrífuga. A exosfera é a camada externa da atmosfera, formada com base nas mudanças de temperatura e nas propriedades do gás neutro. Moléculas e átomos na exosfera giram em torno da Terra em órbitas balísticas sob a influência da gravidade. Algumas dessas órbitas são parabólicas e lembram trajetórias de projéteis. As moléculas podem girar ao redor da Terra e em órbitas elípticas, como os satélites. Algumas moléculas, principalmente hidrogênio e hélio, têm trajetórias abertas e vão para o espaço sideral (Fig. 2).

CONEXÕES SOLAR-TERRESTRE E SUA INFLUÊNCIA NA ATMOSFERA
Marés atmosféricas. A atração do Sol e da Lua causa marés na atmosfera, semelhantes às marés terrestres e marítimas. Mas as marés atmosféricas têm uma diferença significativa: a atmosfera reage mais fortemente à atração do Sol, enquanto a crosta terrestre e o oceano respondem mais fortemente à atração da Lua. Isso se explica pelo fato de a atmosfera ser aquecida pelo Sol e, além da gravitacional, ocorrer uma poderosa maré térmica. Em geral, os mecanismos de formação das marés atmosféricas e marítimas são semelhantes, exceto que para prever a reação do ar às influências gravitacionais e térmicas é necessário levar em consideração sua compressibilidade e distribuição de temperatura. Não está totalmente claro por que as marés solares semidiurnas (12 horas) na atmosfera prevalecem sobre as marés solares diárias e lunares semidiurnas, embora as forças motrizes dos dois últimos processos sejam muito mais poderosas. Anteriormente, acreditava-se que surgia uma ressonância na atmosfera, o que potencializava as oscilações a partir de um período de 12 horas. No entanto, observações feitas com foguetes geofísicos indicam a ausência de razões de temperatura para tal ressonância. Ao resolver este problema, provavelmente será necessário levar em consideração todas as características hidrodinâmicas e térmicas da atmosfera. Na superfície terrestre próxima ao equador, onde a influência das flutuações das marés é máxima, proporciona uma variação da pressão atmosférica de 0,1%. A velocidade do vento das marés é de aprox. 0,3km/h. Devido à complexa estrutura térmica da atmosfera (especialmente a presença de uma temperatura mínima na mesopausa), as correntes de ar das marés são intensificadas e, por exemplo, a uma altitude de 70 km, sua velocidade é aproximadamente 160 vezes maior que a do superfície da Terra, o que tem importantes consequências geofísicas. Acredita-se que na parte inferior da ionosfera (camada E), as flutuações das marés movem o gás ionizado verticalmente no campo magnético da Terra e, portanto, surgem correntes elétricas aqui. Esses sistemas de correntes constantemente emergentes na superfície da Terra são estabelecidos por perturbações no campo magnético. As variações diárias do campo magnético estão em boa concordância com os valores calculados, o que fornece evidências convincentes a favor da teoria dos mecanismos de maré do “dínamo atmosférico”. As correntes elétricas geradas na parte inferior da ionosfera (camada E) devem viajar para algum lugar e, portanto, o circuito deve ser completado. A analogia com um dínamo torna-se completa se considerarmos o movimento que se aproxima como o trabalho de um motor. Supõe-se que a circulação reversa da corrente elétrica ocorre em uma camada superior da ionosfera (F), e esse contrafluxo pode explicar algumas das características peculiares desta camada. Finalmente, o efeito das marés também deverá gerar fluxos horizontais na camada E e, portanto, na camada F.
Ionosfera. Tentando explicar o mecanismo de ocorrência das auroras, cientistas do século XIX. sugeriu que existe uma zona com partículas eletricamente carregadas na atmosfera. No século 20 evidências convincentes foram obtidas experimentalmente da existência em altitudes de 85 a 400 km de uma camada que reflete ondas de rádio. Sabe-se agora que suas propriedades elétricas são resultado da ionização do gás atmosférico. Portanto, esta camada é geralmente chamada de ionosfera. O efeito nas ondas de rádio ocorre principalmente devido à presença de elétrons livres na ionosfera, embora o mecanismo de propagação das ondas de rádio esteja associado à presença de íons grandes. Estes últimos também são de interesse quando se estuda propriedades quimicas atmosfera, uma vez que são mais ativos que átomos e moléculas neutras. As reações químicas que ocorrem na ionosfera desempenham um papel importante em seu equilíbrio energético e elétrico.
Ionosfera normal. As observações feitas utilizando foguetes geofísicos e satélites forneceram uma riqueza de novas informações indicando que a ionização da atmosfera ocorre sob a influência de uma ampla gama de radiação solar. A sua parte principal (mais de 90%) está concentrada na parte visível do espectro. A radiação ultravioleta, que tem comprimento de onda mais curto e energia mais alta que os raios de luz violeta, é emitida pelo hidrogênio na atmosfera interna do Sol (a cromosfera), e os raios X, que têm energia ainda maior, são emitidos por gases na camada externa do Sol. (a coroa). O estado normal (médio) da ionosfera é devido à radiação poderosa e constante. Mudanças regulares ocorrem na ionosfera normal devido à rotação diária da Terra e às diferenças sazonais no ângulo de incidência dos raios solares ao meio-dia, mas também ocorrem mudanças imprevisíveis e abruptas no estado da ionosfera.
Perturbações na ionosfera. Como se sabe, ocorrem no Sol poderosas perturbações que se repetem ciclicamente, atingindo um máximo a cada 11 anos. As observações no âmbito do programa Ano Geofísico Internacional (IGY) coincidiram com o período de maior atividade solar durante todo o período de observações meteorológicas sistemáticas, ou seja, desde o início do século XVIII. Durante períodos de alta atividade, o brilho de algumas áreas do Sol aumenta várias vezes e elas emitem poderosos pulsos de radiação ultravioleta e de raios X. Tais fenômenos são chamados de explosões solares. Eles duram de vários minutos a uma a duas horas. Durante a explosão, o gás solar (principalmente prótons e elétrons) entra em erupção e partículas elementares correm para o espaço sideral. A radiação eletromagnética e corpuscular do Sol durante essas explosões tem um forte impacto na atmosfera da Terra. A reação inicial é observada 8 minutos após a erupção, quando intensa radiação ultravioleta e raios X atinge a Terra. Como resultado, a ionização aumenta acentuadamente; Os raios X penetram na atmosfera até o limite inferior da ionosfera; o número de elétrons nessas camadas aumenta tanto que os sinais de rádio são quase completamente absorvidos (“extintos”). A absorção adicional de radiação faz com que o gás aqueça, o que contribui para o desenvolvimento dos ventos. O gás ionizado é um condutor elétrico e, quando se move no campo magnético da Terra, ocorre um efeito dínamo e uma corrente elétrica é criada. Tais correntes podem, por sua vez, causar perturbações perceptíveis no campo magnético e manifestar-se sob a forma de tempestades magnéticas. Esta fase inicial leva apenas um curto período de tempo, correspondendo à duração da explosão solar. Durante poderosas explosões solares, um fluxo de partículas aceleradas corre para o espaço sideral. Quando é direcionado para a Terra, inicia-se a segunda fase, que tem grande influência sobre o estado da atmosfera. Muitos fenómenos naturais, dos quais os mais famosos são as auroras, indicam que um número significativo de partículas carregadas atinge a Terra (ver também AURORA). No entanto, os processos de separação destas partículas do Sol, as suas trajetórias no espaço interplanetário e os mecanismos de interação com o campo magnético e a magnetosfera da Terra ainda não foram suficientemente estudados. O problema tornou-se mais complicado após a descoberta, em 1958, por James Van Allen, de conchas constituídas por partículas carregadas retidas por um campo geomagnético. Essas partículas se movem de um hemisfério para outro, girando em espirais em torno das linhas do campo magnético. Perto da Terra, a uma altura que depende da forma das linhas de campo e da energia das partículas, existem “pontos de reflexão” nos quais as partículas mudam a direção do movimento para o oposto (Fig. 3). Como a intensidade do campo magnético diminui com a distância da Terra, as órbitas nas quais essas partículas se movem tornam-se um tanto distorcidas: os elétrons são desviados para o leste e os prótons para o oeste. Portanto, eles estão distribuídos em forma de cinturões ao redor do globo.

Algumas consequências do aquecimento da atmosfera pelo Sol. A energia solar afeta toda a atmosfera. Cinturões formados por partículas carregadas no campo magnético da Terra e girando em torno dele já foram mencionados acima. Esses cinturões chegam mais perto da superfície da Terra nas regiões subpolares (ver Fig. 3), onde são observadas auroras. A Figura 1 mostra que nas regiões aurorais do Canadá, as temperaturas da termosfera são significativamente mais altas do que no sudoeste dos Estados Unidos. É provável que as partículas capturadas liberem parte de sua energia para a atmosfera, principalmente ao colidirem com moléculas de gás próximas aos pontos de reflexão, e saiam de suas órbitas anteriores. É assim que as altas camadas da atmosfera na zona auroral são aquecidas. Outra descoberta importante foi feita durante o estudo das órbitas de satélites artificiais. Luigi Iacchia, astrônomo do Observatório Astrofísico Smithsonian, acredita que os ligeiros desvios nessas órbitas se devem a mudanças na densidade da atmosfera à medida que ela é aquecida pelo Sol. Ele sugeriu a existência de uma densidade máxima de elétrons a uma altitude de mais de 200 km na ionosfera, que não corresponde ao meio-dia solar, mas sob a influência de forças de atrito é atrasada em relação a ele em cerca de duas horas. Neste momento, os valores de densidade atmosférica típicos para uma altitude de 600 km são observados a um nível de aprox. 950 km. Além disso, a concentração máxima de elétrons sofre flutuações irregulares devido a flashes de curto prazo de radiação ultravioleta e de raios X do Sol. L. Iacchia também descobriu flutuações de curto prazo na densidade do ar, correspondendo a erupções solares e perturbações do campo magnético. Esses fenômenos são explicados pela intrusão de partículas de origem solar na atmosfera terrestre e pelo aquecimento das camadas onde orbitam os satélites.
ELETRICIDADE ATMOSFÉRICA
Na camada superficial da atmosfera, uma pequena parte das moléculas está sujeita à ionização sob a influência dos raios cósmicos, radiação de rochas radioativas e produtos de decomposição do rádio (principalmente radônio) no próprio ar. Durante a ionização, um átomo perde um elétron e adquire uma carga positiva. O elétron livre combina-se rapidamente com outro átomo para formar um íon carregado negativamente. Esses íons positivos e negativos emparelhados têm tamanhos moleculares. As moléculas na atmosfera tendem a se agrupar em torno desses íons. Várias moléculas combinadas com um íon formam um complexo, geralmente chamado de “íon leve”. A atmosfera também contém complexos de moléculas, conhecidos em meteorologia como núcleos de condensação, em torno dos quais, quando o ar está saturado de umidade, inicia-se o processo de condensação. Esses núcleos são partículas de sal e poeira, bem como poluentes liberados no ar por fontes industriais e outras. Os íons leves geralmente se ligam a esses núcleos, formando "íons pesados". Sob a influência de um campo elétrico, íons leves e pesados ​​​​se movem de uma área da atmosfera para outra, transferindo cargas elétricas. Embora a atmosfera geralmente não seja considerada eletricamente condutiva, ela possui alguma condutividade. Portanto, um corpo carregado deixado no ar perde lentamente a sua carga. A condutividade atmosférica aumenta com a altitude devido ao aumento da intensidade dos raios cósmicos, diminuição da perda de íons em pressões mais baixas (e, portanto, caminho livre médio mais longo) e menos núcleos pesados. A condutividade atmosférica atinge o seu valor máximo a uma altitude de aprox. 50 km, os chamados “nível de compensação”. Sabe-se que entre a superfície da Terra e o “nível de compensação” existe uma diferença de potencial constante de várias centenas de quilovolts, ou seja, campo elétrico constante. Descobriu-se que a diferença de potencial entre um determinado ponto localizado no ar a uma altura de vários metros e a superfície da Terra é muito grande - mais de 100 V. A atmosfera tem carga positiva e a superfície da Terra tem carga negativa . Como o campo elétrico é uma região em cada ponto onde existe um determinado valor de potencial, podemos falar de um gradiente de potencial. Com tempo claro, nos primeiros metros a intensidade do campo elétrico da atmosfera é quase constante. Devido às diferenças na condutividade elétrica do ar na camada superficial, o gradiente de potencial está sujeito a flutuações diárias, cujo curso varia significativamente de um lugar para outro. Na ausência de fontes locais de poluição atmosférica - sobre os oceanos, no alto das montanhas ou nas regiões polares - a variação diurna do gradiente potencial é a mesma em tempo claro. A magnitude do gradiente depende do tempo universal, ou média de Greenwich (UT) e atinge um máximo às 19 horas. E. Appleton sugeriu que esta condutividade elétrica máxima provavelmente coincide com a maior atividade de tempestade em escala planetária. Os relâmpagos durante as tempestades carregam uma carga negativa para a superfície da Terra, uma vez que as bases das nuvens de tempestade cumulonimbus mais ativas têm uma carga negativa significativa. O topo das nuvens tempestuosas tem carga positiva, que, segundo cálculos de Holzer e Saxon, flui de seus picos durante tempestades. Sem reposição constante, a carga na superfície da Terra seria neutralizada pela condutividade atmosférica. A suposição de que a diferença de potencial entre a superfície terrestre e o “nível de compensação” é mantida pelas tempestades é apoiada por dados estatísticos. Por exemplo, o número máximo de trovoadas é observado no vale do rio. Amazonas. Na maioria das vezes, as tempestades ocorrem lá no final do dia, ou seja, OK. 19:00, horário de Greenwich, quando o gradiente potencial é máximo em qualquer lugar do globo. Além disso, as variações sazonais na forma das curvas de variação diurna do gradiente potencial também estão em plena concordância com os dados sobre a distribuição global das tempestades. Alguns pesquisadores argumentam que a fonte do campo elétrico da Terra pode ser de origem externa, uma vez que se acredita que os campos elétricos existam na ionosfera e na magnetosfera. Esta circunstância provavelmente explica o aparecimento de formas alongadas e muito estreitas de auroras, semelhantes a coulisses e arcos.
(veja também LUZES AURORA). Devido à presença de um gradiente potencial e condutividade da atmosfera, partículas carregadas começam a se mover entre o “nível de compensação” e a superfície da Terra: íons carregados positivamente em direção à superfície da Terra e íons carregados negativamente para cima dela. A força desta corrente é de aprox. 1800 A. Embora este valor pareça grande, deve-se lembrar que está distribuído por toda a superfície da Terra. A intensidade da corrente em uma coluna de ar com área de base de 1 m2 é de apenas 4 * 10 -12 A. Por outro lado, a intensidade da corrente durante uma descarga atmosférica pode atingir vários amperes, embora, é claro, tal alta tem curta duração - de uma fração de segundo a um segundo inteiro ou um pouco mais com descargas repetidas. O relâmpago é de grande interesse não apenas como um fenômeno natural peculiar. Permite observar uma descarga elétrica em meio gasoso com uma tensão de várias centenas de milhões de volts e uma distância entre os eletrodos de vários quilômetros. Em 1750, B. Franklin propôs à Royal Society de Londres realizar um experimento com uma barra de ferro montada em uma base isolante e montada em uma torre alta. Ele esperava que, à medida que uma nuvem de tempestade se aproximasse da torre, uma carga de sinal oposto se concentrasse na extremidade superior da barra inicialmente neutra, e uma carga de mesmo sinal da base da nuvem se concentrasse na extremidade inferior. . Se a intensidade do campo elétrico durante uma descarga atmosférica aumentar suficientemente, a carga da extremidade superior da haste fluirá parcialmente para o ar, e a haste adquirirá uma carga do mesmo sinal que a base da nuvem. O experimento proposto por Franklin não foi realizado na Inglaterra, mas foi realizado em 1752 em Marly, perto de Paris, pelo físico francês Jean d'Alembert. Ele usou uma barra de ferro de 12 m de comprimento inserida em uma garrafa de vidro (que serviu de suporte). isolador), mas não o colocou na torre. Em 10 de maio, seu assistente relatou que quando uma nuvem de tempestade passou sobre a barra, surgiram faíscas quando o próprio Franklin foi levado a ela, sem saber do experimento bem-sucedido realizado na França. , realizou seu famoso experimento com uma pipa em junho do mesmo ano e observou faíscas elétricas na ponta de um fio amarrado a ela. No ano seguinte, ao estudar as cargas coletadas da haste, Franklin descobriu que eram as bases das nuvens de tempestade. eram geralmente carregados negativamente. Estudos mais detalhados de raios tornaram-se possíveis no final do século XIX graças ao aprimoramento dos métodos fotográficos, especialmente após a invenção do aparelho com lentes rotativas, que possibilitou registrar processos de rápido desenvolvimento. foi amplamente utilizado no estudo de descargas de faíscas. Verificou-se que existem vários tipos de relâmpagos, sendo os mais comuns os de linha, planos (na nuvem) e esféricos (descargas de ar). O relâmpago linear é uma descarga de faísca entre uma nuvem e a superfície da Terra, seguindo um canal com ramificações descendentes. Os relâmpagos planos ocorrem dentro de uma nuvem de tempestade e aparecem como flashes de luz difusa. As descargas aéreas de raios esféricos, começando em uma nuvem de trovoada, geralmente são direcionadas horizontalmente e não atingem a superfície da Terra.

Uma descarga atmosférica geralmente consiste em três ou mais descargas repetidas - pulsos seguindo o mesmo caminho. Os intervalos entre pulsos sucessivos são muito curtos, de 1/100 a 1/10 s (é isso que faz o raio piscar). Em geral, o flash dura cerca de um segundo ou menos. Um processo típico de desenvolvimento de relâmpagos pode ser descrito a seguir. Primeiro, uma descarga líder fracamente luminosa corre de cima para a superfície da Terra. Quando ele o alcança, uma descarga de retorno, ou principal, brilhantemente brilhante passa do solo para cima através do canal estabelecido pelo líder. A descarga principal, via de regra, se move em zigue-zague. A velocidade de sua propagação varia de cem a várias centenas de quilômetros por segundo. No seu caminho, ioniza as moléculas de ar, criando um canal com maior condutividade, através do qual a descarga reversa sobe a uma velocidade aproximadamente cem vezes maior que a da descarga principal. O tamanho do canal é difícil de determinar, mas o diâmetro da descarga principal é estimado em 1-10 m, e o diâmetro da descarga reversa é de vários centímetros. Os relâmpagos criam interferência de rádio ao emitir ondas de rádio em ampla variedade- de 30 kHz a frequências ultrabaixas. A maior emissão de ondas de rádio está provavelmente na faixa de 5 a 10 kHz. Essa interferência de rádio de baixa frequência está “concentrada” no espaço entre o limite inferior da ionosfera e a superfície da Terra e pode espalhar-se a distâncias de milhares de quilómetros da fonte.
MUDANÇAS NA ATMOSFERA
Impacto de meteoros e meteoritos. Embora as chuvas de meteoros às vezes criem uma exibição dramática de luz, meteoros individuais raramente são vistos. Muito mais numerosos são os meteoros invisíveis, pequenos demais para serem visíveis quando são absorvidos pela atmosfera. Alguns dos menores meteoros provavelmente não aquecem, mas são apenas capturados pela atmosfera. Esses particulas finas com tamanhos que variam de alguns milímetros a dez milésimos de milímetro são chamados de micrometeoritos. A quantidade de matéria meteórica que entra na atmosfera todos os dias varia de 100 a 10.000 toneladas, sendo a maior parte desse material proveniente de micrometeoritos. Como a matéria meteórica queima parcialmente na atmosfera, sua composição gasosa é reabastecida com vestígios de vários elementos químicos. Por exemplo, meteoros rochosos introduzem lítio na atmosfera. A combustão de meteoros metálicos leva à formação de minúsculas gotículas esféricas de ferro, ferro-níquel e outras gotículas que passam pela atmosfera e se depositam na superfície terrestre. Eles podem ser encontrados na Groenlândia e na Antártida, onde os mantos de gelo permanecem quase inalterados durante anos. Os oceanologistas os encontram nos sedimentos do fundo do oceano. A maioria das partículas de meteoros que entram na atmosfera se depositam em aproximadamente 30 dias. Alguns cientistas acreditam que essa poeira cósmica desempenha um papel importante na formação de fenômenos atmosféricos como a chuva, porque serve como núcleo de condensação do vapor d'água. Portanto, supõe-se que a precipitação esteja estatisticamente relacionada a grandes chuvas de meteoros. No entanto, alguns especialistas acreditam que, uma vez que o fornecimento total de material meteórico é muitas dezenas de vezes maior do que o da maior chuva de meteoros, a mudança na quantidade total deste material resultante de uma dessas chuvas pode ser negligenciada. No entanto, não há dúvida de que os maiores micrometeoritos e, claro, os meteoritos visíveis deixam longos vestígios de ionização nas altas camadas da atmosfera, principalmente na ionosfera. Esses traços podem ser usados ​​para comunicações de rádio de longa distância, pois refletem ondas de rádio de alta frequência. A energia dos meteoros que entram na atmosfera é gasta principalmente, e talvez completamente, no seu aquecimento. Este é um dos componentes menores do equilíbrio térmico da atmosfera.
Dióxido de carbono de origem industrial. Durante o período Carbonífero, a vegetação lenhosa era generalizada na Terra. Grande parte do dióxido de carbono absorvido pelas plantas naquela época acumulou-se em depósitos de carvão e sedimentos contendo petróleo. O homem aprendeu a usar enormes reservas desses minerais como fonte de energia e agora está devolvendo rapidamente o dióxido de carbono ao ciclo das substâncias. O estado fóssil é provavelmente ca. 4*10 13 toneladas de carbono. Atrás século passado A humanidade queimou tanto combustível fóssil que aproximadamente 4*10 11 toneladas de carbono foram reintroduzidas na atmosfera. Atualmente há aprox. 2 * 10 12 toneladas de carbono e, nos próximos cem anos, devido à combustão de combustíveis fósseis, esse número poderá dobrar. No entanto, nem todo o carbono permanecerá na atmosfera: parte dele se dissolverá nas águas oceânicas, parte será absorvida pelas plantas e parte ficará presa durante o desgaste das rochas. Ainda não é possível prever quanto dióxido de carbono estará contido na atmosfera ou exatamente qual o impacto que terá no clima global. No entanto, acredita-se que qualquer aumento no seu conteúdo causará aquecimento, embora não seja de todo necessário que qualquer aquecimento afecte significativamente o clima. A concentração de dióxido de carbono na atmosfera, de acordo com os resultados das medições, está aumentando sensivelmente, embora a um ritmo lento. Os dados climáticos de Svalbard e da estação Little America, na plataforma de gelo Ross, na Antártida, indicam um aumento nas temperaturas médias anuais de 5°C e 2,5°C, respectivamente, durante um período de aproximadamente 50 anos.
Exposição à radiação cósmica. Quando os raios cósmicos de alta energia interagem com componentes individuais da atmosfera, formam-se isótopos radioativos. Dentre eles, destaca-se o isótopo de carbono 14C, que se acumula em tecidos vegetais e animais. Ao medir a radioatividade de substâncias orgânicas que não trocaram carbono com ambiente, sua idade pode ser determinada. O método do radiocarbono se estabeleceu como a forma mais confiável de datar organismos e objetos fósseis cultura material, cuja idade não ultrapassa 50 mil anos. Outros isótopos radioativos com meias-vidas longas podem ser usados ​​para datar materiais com centenas de milhares de anos se o desafio fundamental de medir níveis extremamente baixos de radioatividade puder ser resolvido.
(ver também DATAÇÃO POR RADIOCARBONO).
ORIGEM DA ATMOSFERA DA TERRA
A história da formação da atmosfera ainda não foi reconstruída de forma totalmente confiável. No entanto, foram identificadas algumas prováveis ​​alterações na sua composição. A formação da atmosfera começou imediatamente após a formação da Terra. Existem boas razões para acreditar que no processo de evolução da Terra e na sua aquisição de dimensões e massa próximas das modernas, ela perdeu quase completamente a sua atmosfera original. Acredita-se que numa fase inicial a Terra estava em estado fundido e ca. Há 4,5 bilhões de anos, ele se formou em um corpo sólido. Este marco é considerado o início da cronologia geológica. Desde aquela época, houve uma evolução lenta da atmosfera. Alguns processos geológicos, como o derramamento de lava durante as erupções vulcânicas, foram acompanhados pela liberação de gases das entranhas da Terra. Provavelmente incluíam nitrogênio, amônia, metano, vapor d'água, monóxido e dióxido de carbono. Sob a influência da radiação ultravioleta solar, o vapor de água se decompôs em hidrogênio e oxigênio, mas o oxigênio liberado reagiu com o monóxido de carbono para formar dióxido de carbono. Amônia decomposta em nitrogênio e hidrogênio. Durante o processo de difusão, o hidrogênio subiu e saiu da atmosfera, e o nitrogênio mais pesado não conseguiu evaporar e acumulou-se gradativamente, tornando-se seu principal componente, embora parte dele tenha se ligado durante as reações químicas. Sob a influência dos raios ultravioleta e das descargas elétricas, uma mistura de gases que provavelmente estavam presentes na atmosfera original da Terra entrou em reações químicas, que resultaram na formação de substâncias orgânicas, em especial aminoácidos. Consequentemente, a vida poderia ter surgido numa atmosfera fundamentalmente diferente da moderna. Com o advento das plantas primitivas, iniciou-se o processo de fotossíntese (ver também FOTOSSÍNTESE), acompanhado pela liberação de oxigênio livre. Este gás, especialmente após difusão nas camadas superiores da atmosfera, começou a proteger suas camadas inferiores e a superfície da Terra da radiação ultravioleta e de raios X potencialmente fatais. Estima-se que a presença de apenas 0,00004 do volume moderno de oxigênio poderia levar à formação de uma camada com metade da concentração atual de ozônio, que, no entanto, proporcionava proteção muito significativa contra os raios ultravioleta. Também é provável que a atmosfera primária contivesse muito dióxido de carbono. Foi consumido durante a fotossíntese e sua concentração deve ter diminuído à medida que o mundo vegetal evoluiu e também devido à absorção durante certos processos geológicos. Porque o Efeito estufa associada à presença de dióxido de carbono na atmosfera, alguns cientistas acreditam que as flutuações em sua concentração são uma das razões importantes para mudanças climáticas em grande escala na história da Terra, como Era do Gelo. O hélio presente na atmosfera moderna é provavelmente em grande parte produto do decaimento radioativo do urânio, tório e rádio. Esses elementos radioativos emitem partículas alfa, que são os núcleos dos átomos de hélio. Como nenhuma carga elétrica é criada ou perdida durante o decaimento radioativo, existem dois elétrons para cada partícula alfa. Como resultado, combina-se com eles, formando átomos neutros de hélio. Os elementos radioativos estão contidos em minerais dispersos nas rochas, de modo que uma parte significativa do hélio formado a partir do decaimento radioativo fica retida neles, escapando muito lentamente para a atmosfera. Uma certa quantidade de hélio sobe para a exosfera devido à difusão, mas devido ao influxo constante da superfície terrestre, o volume desse gás na atmosfera é constante. Com base na análise espectral da luz estelar e no estudo de meteoritos, é possível estimar a abundância relativa de diversos elementos químicos no Universo. A concentração de néon no espaço é cerca de dez bilhões de vezes maior do que na Terra, o criptônio é dez milhões de vezes maior e o xenônio é um milhão de vezes maior. Segue-se que a concentração destes gases inertes, que estavam inicialmente presentes na atmosfera da Terra e não foram reabastecidos durante as reações químicas, diminuiu muito, provavelmente mesmo na fase de perda da atmosfera primária da Terra. Uma exceção é o gás inerte argônio, pois na forma do isótopo 40Ar ainda se forma durante o decaimento radioativo do isótopo de potássio.
FENÔMENOS ÓPTICOS
A variedade de fenômenos ópticos na atmosfera se deve a vários motivos. Os fenômenos mais comuns incluem relâmpagos (veja acima) e as espetaculares auroras do norte e do sul (veja também AURORA). Além disso, são especialmente interessantes o arco-íris, gal, parhélio (falso sol) e arcos, coroa, halos e fantasmas de Brocken, miragens, fogos de Santo Elmo, nuvens luminosas, raios verdes e crepusculares. O arco-íris é o fenômeno atmosférico mais bonito. Normalmente é um enorme arco composto por listras multicoloridas, observado quando o Sol ilumina apenas parte do céu e o ar está saturado de gotículas de água, por exemplo, durante a chuva. Os arcos multicoloridos estão dispostos em uma sequência espectral (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta), mas as cores quase nunca são puras porque as listras se sobrepõem. Via de regra, as características físicas dos arco-íris variam significativamente e, portanto, aparência eles são muito diversos. Sua característica comum é que o centro do arco está sempre localizado em uma linha reta traçada do Sol ao observador. O arco-íris principal é um arco composto pelas cores mais brilhantes - vermelho por fora e roxo por dentro. Às vezes, apenas um arco é visível, mas muitas vezes um arco lateral aparece na parte externa do arco-íris principal. Não tem cores tão vivas quanto o primeiro, e as listras vermelhas e roxas mudam de lugar: a vermelha fica na parte interna. A formação do arco-íris principal é explicada pela refração dupla (ver também ÓPTICA) e pela reflexão interna única dos raios solares (ver Fig. 5). Penetrando em uma gota d'água (A), um raio de luz é refratado e decomposto, como se passasse por um prisma. Em seguida, atinge a superfície oposta da gota (B), é refletida nela e deixa a gota para fora (C). Neste caso, o raio de luz é refratado uma segunda vez antes de atingir o observador. O feixe branco inicial é decomposto em feixes de cores diferentes com ângulo de divergência de 2°. Quando um arco-íris secundário é formado, ocorre dupla refração e dupla reflexão dos raios solares (ver Fig. 6). Neste caso, a luz é refratada, penetrando na gota através de sua parte inferior (A), e refletida da superfície interna da gota, primeiro no ponto B, depois no ponto C. No ponto D, a luz é refratada, deixando a gota em direção ao observador.

Ao nascer e ao pôr do sol, o observador vê um arco-íris em forma de arco igual a meio círculo, pois o eixo do arco-íris é paralelo ao horizonte. Se o Sol estiver mais alto acima do horizonte, o arco do arco-íris terá menos da metade da circunferência. Quando o Sol se eleva acima de 42° acima do horizonte, o arco-íris desaparece. Em todos os lugares, exceto em altas latitudes, um arco-íris não pode aparecer ao meio-dia, quando o Sol está muito alto. É interessante estimar a distância até o arco-íris. Embora o arco multicolorido pareça estar localizado no mesmo plano, isso é uma ilusão. Na verdade, o arco-íris tem uma profundidade enorme e pode ser imaginado como a superfície de um cone oco, no topo do qual está localizado o observador. O eixo do cone conecta o Sol, o observador e o centro do arco-íris. O observador parece estar ao longo da superfície deste cone. Não há duas pessoas que possam ver exatamente o mesmo arco-íris. Claro, você pode observar basicamente o mesmo efeito, mas os dois arco-íris ocupam posições diferentes e são formados por gotículas de água diferentes. Quando a chuva ou borrifos formam um arco-íris, o efeito óptico completo é alcançado pelo efeito combinado de todas as gotas de água cruzando a superfície do cone do arco-íris com o observador no ápice. O papel de cada gota é passageiro. A superfície do cone do arco-íris consiste em várias camadas. Cruzando-os rapidamente e passando por uma série de pontos críticos, cada gota decompõe instantaneamente o raio solar em todo o espectro em uma sequência estritamente definida - do vermelho ao roxo. Muitas gotas cruzam a superfície do cone da mesma maneira, de modo que o arco-íris parece ao observador contínuo ao longo e através de seu arco. Halos são arcos e círculos de luz branca ou iridescente ao redor do disco do Sol ou da Lua. Eles surgem devido à refração ou reflexão da luz por cristais de gelo ou neve na atmosfera. Os cristais que formam o halo estão localizados na superfície de um cone imaginário com eixo direcionado do observador (do topo do cone) ao Sol. Sob certas condições, a atmosfera pode ficar saturada com pequenos cristais, muitos dos quais formam um ângulo reto com o plano que passa pelo Sol, o observador e esses cristais. Essas faces refletem os raios de luz que chegam com um desvio de 22°, formando um halo que é avermelhado por dentro, mas também pode consistir em todas as cores do espectro. Menos comum é um halo com raio angular de 46°, localizado concentricamente em torno de um halo de 22°. Seu lado interno também apresenta uma tonalidade avermelhada. A razão para isso também é a refração da luz, que ocorre neste caso nas bordas dos cristais formando ângulos retos. A largura do anel de tal halo excede 2,5°. Os halos de 46 e 22 graus tendem a ser mais brilhantes na parte superior e inferior do anel. O raro halo de 90 graus é um anel fracamente luminoso, quase incolor, que compartilha um centro com outros dois halos. Se for colorido, terá uma cor vermelha na parte externa do anel. O mecanismo de ocorrência deste tipo de halo não é totalmente compreendido (Fig. 7).

Parélia e arcos. O círculo parélico (ou círculo de falsos sóis) é um anel branco centrado no ponto zenital, passando pelo Sol paralelo ao horizonte. A razão de sua formação é o reflexo da luz solar nas bordas das superfícies dos cristais de gelo. Se os cristais estiverem distribuídos de maneira suficientemente uniforme no ar, um círculo completo se tornará visível. Parélios, ou falsos sóis, são pontos luminosos que lembram o Sol e que se formam nos pontos de intersecção do círculo parélico com halos com raios angulares de 22°, 46° e 90°. O parhélio mais brilhante e de ocorrência mais frequente forma-se na intersecção com o halo de 22 graus, geralmente colorido em quase todas as cores do arco-íris. Sóis falsos em interseções com halos de 46 e 90 graus são observados com muito menos frequência. Os parélios que ocorrem nas interseções com halos de 90 graus são chamados de parantelias ou falsos contra-sois. Às vezes, um antélio (anti-sol) também é visível - um ponto brilhante localizado no anel do parhélio exatamente oposto ao Sol. Supõe-se que a causa deste fenômeno seja a dupla reflexão interna da luz solar. O raio refletido segue o mesmo caminho do raio incidente, mas na direção oposta. Um arco próximo ao zênite, às vezes chamado incorretamente de arco tangente superior de um halo de 46 graus, é um arco de 90° ou menos centrado no zênite, localizado aproximadamente 46° acima do Sol. Raramente é visível e apenas por alguns minutos, apresenta cores brilhantes, com a cor vermelha confinada ao lado externo do arco. O arco quase zênite é notável por sua cor, brilho e contornos claros. Outro efeito óptico interessante e muito raro do tipo halo é o arco de Lowitz. Eles surgem como uma continuação do parélio na intersecção com o halo de 22 graus, estendem-se do lado externo do halo e são ligeiramente côncavos em direção ao Sol. Colunas de luz esbranquiçada, como várias cruzes, são por vezes visíveis ao amanhecer ou ao anoitecer, especialmente nas regiões polares, e podem acompanhar tanto o Sol como a Lua. Às vezes, são observados halos lunares e outros efeitos semelhantes aos descritos acima, com o halo lunar mais comum (um anel ao redor da Lua) tendo um raio angular de 22°. Assim como falsos sóis, podem surgir falsas luas. Coronas, ou coroas, são pequenos anéis concêntricos coloridos ao redor do Sol, da Lua ou de outros objetos brilhantes que são observados de tempos em tempos quando a fonte de luz está atrás de nuvens translúcidas. O raio da coroa é menor que o raio do halo e é de aprox. 1-5°, o anel azul ou violeta está mais próximo do Sol. Uma corona ocorre quando a luz é espalhada por pequenas gotas de água, formando uma nuvem. Às vezes, a coroa aparece como um ponto luminoso (ou halo) circundando o Sol (ou Lua), que termina em um anel avermelhado. Em outros casos, pelo menos dois anéis concêntricos de maior diâmetro, de cor muito fraca, são visíveis fora do halo. Este fenômeno é acompanhado por nuvens de arco-íris. Às vezes, as bordas das nuvens muito altas têm cores brilhantes.
Glória (auréolas). Sob condições especiais, ocorrem fenômenos atmosféricos incomuns. Se o Sol estiver atrás do observador e sua sombra for projetada nas nuvens próximas ou em uma cortina de neblina, sob um certo estado da atmosfera ao redor da sombra da cabeça de uma pessoa, você poderá ver um círculo luminoso colorido - um halo. Normalmente, esse halo é formado devido ao reflexo da luz das gotas de orvalho em um gramado. Glorias também são frequentemente encontradas em torno da sombra projetada pela aeronave nas nuvens subjacentes.
Fantasmas de Brocken. Em algumas áreas do globo, quando a sombra de um observador localizado em uma colina ao nascer ou pôr do sol cai atrás dele sobre nuvens localizadas a uma curta distância, um efeito marcante é revelado: a sombra assume dimensões colossais. Isso ocorre devido à reflexão e refração da luz por minúsculas gotículas de água na neblina. O fenômeno descrito é chamado de "Fantasma de Brocken", em homenagem ao pico nas montanhas Harz, na Alemanha.
Miragens- efeito óptico causado pela refração da luz ao passar por camadas de ar de diferentes densidades e expresso na aparência de uma imagem virtual. Neste caso, os objetos distantes podem parecer elevados ou abaixados em relação à sua posição real, e também podem ser distorcidos e assumir formas fantásticas e irregulares. Miragens são frequentemente observadas em climas quentes, como em planícies arenosas. Miragens inferiores são comuns, quando uma superfície desértica distante e quase plana assume a aparência de águas abertas, especialmente quando visto de uma pequena elevação ou simplesmente localizado acima de uma camada de ar aquecido. Essa ilusão geralmente ocorre em uma estrada de asfalto aquecido, que parece uma superfície de água bem à frente. Na realidade, esta superfície é um reflexo do céu. Abaixo do nível dos olhos, objetos podem aparecer nesta “água”, geralmente de cabeça para baixo. Sobre a superfície aquecida do terreno forma-se um “bolo de camada de ar”, sendo a camada mais próxima do solo a mais quente e tão rarefeita que as ondas de luz que passam por ela ficam distorcidas, pois a velocidade de sua propagação varia dependendo da densidade do meio . As miragens superiores são menos comuns e mais pitorescas que as inferiores. Objetos distantes (muitas vezes localizados além do horizonte do mar) aparecem de cabeça para baixo no céu e, às vezes, uma imagem vertical do mesmo objeto também aparece acima. Esse fenômeno é típico de regiões frias, principalmente quando há uma inversão significativa de temperatura, quando há uma camada de ar mais quente sobre uma camada mais fria. Este efeito óptico se manifesta como resultado de padrões complexos de propagação da frente das ondas de luz em camadas de ar com densidade não homogênea. Miragens muito incomuns ocorrem de tempos em tempos, especialmente nas regiões polares. Quando as miragens ocorrem em terra, as árvores e outros componentes da paisagem ficam de cabeça para baixo. Em todos os casos, os objetos são visíveis mais claramente nas miragens superiores do que nas inferiores. Quando o limite de duas massas de ar é um plano vertical, às vezes são observadas miragens laterais.
Fogo de Santo Elmo. Alguns fenômenos ópticos na atmosfera (por exemplo, brilho e o fenômeno meteorológico mais comum - relâmpagos) são de natureza elétrica. Muito menos comuns são as luzes de Santo Elmo - pincéis luminosos de cor azul claro ou roxo de 30 cm a 1 m ou mais de comprimento, geralmente no topo dos mastros ou nas extremidades dos estaleiros de navios no mar. Às vezes parece que todo o cordame do navio está coberto de fósforo e brilha. O Fogo de Santo Elmo às vezes aparece nos picos das montanhas, bem como nas torres e cantos agudos de edifícios altos. Este fenômeno representa descargas elétricas em escova nas extremidades dos condutores elétricos quando a intensidade do campo elétrico na atmosfera ao seu redor aumenta muito. Os fogos-fátuos são um leve brilho azulado ou esverdeado que às vezes é observado em pântanos, cemitérios e criptas. Muitas vezes parecem a chama de uma vela elevada cerca de 30 cm acima do solo, queimando silenciosamente, sem emitir calor e pairando por um momento sobre o objeto. A luz parece completamente evasiva e, quando o observador se aproxima, parece se deslocar para outro lugar. A razão para este fenômeno é a decomposição de resíduos orgânicos e a combustão espontânea do gás do pântano metano (CH4) ou fosfina (PH3). Os fogos-fátuos têm formatos diferentes, às vezes até esféricos. Raio verde - um flash de luz solar verde esmeralda no momento em que o último raio do Sol desaparece atrás do horizonte. O componente vermelho da luz solar desaparece primeiro, todos os outros seguem em ordem, e o último permanece é o verde esmeralda. Este fenômeno ocorre apenas quando apenas a borda do disco solar permanece acima do horizonte, caso contrário ocorre uma mistura de cores. Os raios crepusculares são feixes divergentes de luz solar que se tornam visíveis devido à iluminação da poeira nas camadas altas da atmosfera. As sombras das nuvens formam listras escuras e os raios se espalham entre elas. Este efeito ocorre quando o Sol está baixo no horizonte antes do amanhecer ou após o pôr do sol.