Радиотехник тизимлар назарияси асослари

2.2. Atmosferada fi/ik sharoit, sirkulyatsiya va dissipatsiya

Sayyorani o‘rab turuvchi gaz qobig‘ini, atmosferasini, uning ichki qatlamlaridan otilib chiqqan vulqonlar va gaz oqimlar hosil qilgan. Atmosfera ochiq muhit bodganligi uchun uning tashqi qatlamlarida modda fazoga sochilib luradi va sayyora ichidan chiqayotgan gazlar uni to‘ldirib turadi. Har biri o'ziga xos, tortish maydoni va sirt temperaturasiga mos o‘rtacha statsionar atmosfera hosil qilgan va uni ushlab kelmoqda.

Sayyoraning sirti Quyosh nurlari ta’sirida qiziydi va qizigan sirt infraqizil nurlanish sochadi, chunki sayyoralar sirti temperaturasi kelvin shkalasida bir necha yuz gradiusdan oshmaydi (2 .1-jadvalga qarang). Yer yuzining 1 in2 ni Quyosh 1366 Vt quwat bilan isitadi. Bunday quvvat Yer uzoqligidagi absolut qora jism sirtini 394 K gacha isitish mumkin. Biroq Yer sirti bunday emas, u Quyosh yorugdigining 39% ni qaytaradi va infraqizil nurlarda Ts=
295 K bo‘ladi va Vin siljish qonuniga asosan IQ nurlanish maksimumi A, = 8,6 mkm ga to ‘g‘ri keladi. Sirtdan chiqayotgan IQ nurlanish fazoga sochiladi. Biroq bu nurlanishni Yer tipidagi sayyoralar atmosferasidagi suv (H 20 ) va karbonat angidrid ( C 0 2) molekulalari yutadi va u kosmik l'azoga chiqib keta olmaydi. Yutilgan nurlanish atmosfera temperaturasining ko‘tarilishiga olib keladi. Atmosferada parnik (issiqxona) effekt ro‘y beradi. Bundan tashqari sayyoraning atmosferasiga uning sirt osti (po‘stloq) qatlamidan atomlarning radiaktiv parchalanishi natijasida issiqlik chiqib luradi. Atmosfera ostidagi qatlamlardan chiqayotgan energiya miqdori, ayniqsa, gigant sayyoralarda kuchlidir.
Sayyora sirtidan tarqalayotgan bu infraqizil va issiqlik nurlanishlari uning nlmosfera qatlamlarini qizdiradi. Atmosferada temperatura sirt yaqinida maksimal va undan uzoqlashgan sari (6 grad/km) pasayib boradi. Masalan, Yer yuzida T=15°C bo‘lsa, undan 10 km balandlikda —50°C bo‘ladi. Bundan balandda T orta boshlaydi va 20—25 km da 0° gacha ko‘tariladi. Bu to‘g‘rida keyinroq to‘xtalamiz.
Sayyora shar shaklidagi jism bo‘lganligi uchun uning har xil qismlari- ni Quyosh har xil isitadi. Quyosh zenitda bo‘lgan joylarda sayyora sathiga Quyoshdan maksimal miqdorda energiya tushadi. Odatda, sayyoraning ckvator qismlari qutblariga qaragandan ko‘proq energiya oladi va isiydi. Natijada bu qismlar orasida temperaturalar farqi (gradiyenti) hosil bodadi va havo oqimlari vujudga keladi. Masalan, Venerada uning ekvatoridan qutbi tomon yo'nalgan 4 kunlik davriy oqim borligi bulutlari harakatiga ko‘ra aniqlangan. Bundan tashqari sayyoraning kunduzgi va tungi qismlari orasida ham lemperaturalar farqi bo'ladi va u oqimlarni hosil qiladi. Agar sayyora sirtida har xil qaytarish qobiliyatiga ega (oq va qora sohalar) joylar bo‘lsa, ular orasida atmosfera oqimlari hosil bo'ladi. Bular atmosferada havo aylanishi (sirkulyatsiya) ni hosil qiladi. Atmosfera sayyoradagi issiqlik rejimini yumshatadi. Sayyora atmosferasidagi bunday gorizontal va vertikal oqimlar
63

www.ziyouz.com kutubxonasi

ularda siklonik va antisiklonik uyurmalar hosil qiladi. Yerda siklonlar issiqlik va namlik, antisiklonlar esa sovuq va quruq oqim keltiradi. Yupiter atmosfe- rasida ko‘plab bunday havo uyurmalarini ko‘rish mumkin.
Sayyora atmosferasining ustki qatlamlarida Quyoshdan kelayotgan nurlanish (ultrabinafsha) ning bir qismi yutiladi, natijada bu qatlamlarning temperaturasi balandlik bo'yicha orta boshlaydi. Masalan, Yer yuzidan 20— 25 km balandlikda Quyoshning ultrabinafsha nurlanishi yutiladi va 50 km balandlikda T~270° K gacha, 400 km balandlikda esa T~800° K gacha ko‘tariladi. Bu qatlamlar ekzosfera (termosfera) deb ataladi. Bu qatlamlar ekzotermik (issiqlik chiqaruvchi) fotokimyo reaksiya natijasida qizdiriladi. Ekzosferada zarralar konsentratsiyasi shu darajada (dengiz sathidagidan 1014 marta) pastki, bunda atomlar va molekulalarning ozod harakat yo ii yuzlab km ga boradi. Bunday sharoitda agar zarra sayyora tortish kuchini engadigan darajada energiyaga ega boisa, u sayyorani tark etadi. Bunday energiya para-
bolik tezlikka mos keladi, ya’ni ; bu yerda, M — sayyora massasi; R — radiusi; h — sirtidan boshlab oichangan balandlik.
M aium ki, gazdagi zarralarning betartib harakat tezliklari Maksvell taqsimotiga ega va ehtimoli eng yuqori tezlik quyidagicha boiadi:

Agar atmosferada t>n boisa, atmosfera fazoga sochilib ketadi. Zarralaming o‘rtacha kvadrat tezligi temperaturaga to‘g‘ri va uning massasiga

(m) teskari proporsionaldir, ya’ni bir xil T da kam massali zarralar ko‘p massalilarga qaraganda katta tezlik oladi. M aium ki, tortishish maydonida
jo y la sh g a n a tm o sfe rad a
_k>- ^{/ f} zarralar m assalariga mos
ravishda joylashadi: og‘ir
zarralar pastda, yengillari yuqorida. Demak, atmos- feraning yuqori qatlamlari- dan fazoga birinchi navbatda yengil zarralar sochiladi. Agar sayyora kam massaga ega b o is a , uning atm o- sferasida engil atom lar ko‘p massali sayyoranikidan kam boiadi.
----_j--1—. i.—_a.t■.—_/ •.—_rm>i—_m.. .. ■■xj _. ___ . . . .
: r •x r ' ( 3 ? iX P C -H / T O i» W J H V * • / _{2.2-rasm. Balandlik bo‘yicha}
balandlik atmosfera kimyoviy tarkibining o ‘zgarishi.
64



2.2-rasmda Yer atmosferasida atomlar va molekulalarning balandlik bo‘yicha taqsimlanishi tasvirlangan. Chizm adan ko‘rinib turibdiki, atmosferaning pastki qatlamlarida N va O atomlari ko‘p bo‘ladi. Atmosferaning yuqori (1000 km dan baland) qatlamlarida H va He atomlari konsentratsiyasi boshqa atomlarnikiga qaraganda yuqori, Yer tipidagi sayyoralarning atmosferasida H va He gigant sayyoralamikidagidan kam va faqat atmosferaning yuqori qatlamlarida uchraydi.
Atmosferaning yuqori qatlamlaridan zarralarni fazoga sochilib turishi dissipatsiya deb ataladi. Fazoga sochilayotgan bu zarralar o‘zi bilan sayyora atmosferasiga kelayogan energiyaga teng bo'ladigan energiya olib ketadi. Say- yora atmosferasi gidrostatik va energetik muvozanatda bo‘lib, har bir sayyora o‘z atrofida o ‘z massasi va sirt temperaturasiga mos atmosferaga ega. Ayrim sayyoralar kam tortish maydonga va yuqori T ga ega bo'lganligi uchun (Merkuriy) atmosferani ushlab turolmagan, boshqalari (Yer, Venera, Yupiter, Satum) qalin atmosferaga ega. Bunday sharoitda bosim (P0), zichlik (p0) va temperatura (Tfl), sayyora sirtidan ko‘tarilgan sari ma'lum qonuni- yatga (masalan, bosim P = P 0e h/H) bo'ysungan holda kamayib boradi. Tem- peratura qancha yuqori bo‘lsa, P va p balandlik bo‘yicha pasayishi shuncha sekinlashadi. Yrr yuzi yaqinida (h = 0) atmosferada p0= l .29 kg/m3, P =1001 bar, T = 288 K va H =8 km. Yer yuzidan h= 150 km balandlikda p = 3 .4 - 1 0 6 kg/m 3, P=6 • 10'6 bar va H = 20 km.

2.3. Yer tipidagi sayyoralar atmosferasi

Yer tipidagi sayyoralar o‘rtacha zichligi va sirtidagi parabolik tezlik miqdori bilan Yerga o ‘xshashdir. Ular Quyoshga yaqin joylashganliklari bois Quyoshdan ko‘p energiya olgani uchun sirt temperaturalari boshqa sayyoralarnikidan ancha yuqori bo'ladi. Yuqorida ko‘rganimizdek, atmosfe-

raning qalinligi va quyuqligi balandlik shkalasiga V = ^ ? bog‘liq. Temperatura
(T) qancha yuqori va og‘irlik kuchi tezlanishi (g) qancha kichik bo‘lsa, H shuncha katta, ya’ni atmosfera shuncha keng (qalin) bo'ladi. Bu sayyoralarda bir jinsli atmosfera balandligi shkalasi (H) ning, ya’ni balandlik bo‘yicha
bosimning o‘zgarishini belgilovchi ko'rsatkich — qiymati katta bo‘ladi.
Shuning uchun ular atmosferasida yengil molekulalar (p ~ 2 = 4) (H 2, He) tarzida baland qatlamlarigacha tarqalgan, biroq og‘ir molekulalar C 0 2, H 20 , N 2 ( p~ 44 -^ 18) esa asosan pastki qatlamlarida joylashgan.
Koinot moddasi asosan H va He dan iboratligini va sayyora atmosferasida dissipatsiya uning tashqi qatlamlaridan ro‘y berishini inobatga olsak, bu sayyoralar atmosferasida H va He miqdori kamayib turishi kerak. Bunday fizik sharoitda sayyora o‘z atrofida yengil gazlardan iborat qalin va quyuq atmosferani ushlab turolmaydi.
5 - ⁶⁵