Ατμοσφαιρικό παράθυρο

Το ατμοσφαιρικό παράθυρο είναι ένα εύρος μηκών κύματος ή, αναλογικά, συχνοτήτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που μπορούν να διαπεράσουν την ατμόσφαιρα της Γης. Το οπτικό παράθυρο, το παράθυρο υπέρυθρης ακτινοβολίας και το ραδιοπαράθυρο είναι τα τρία κύρια ατμοσφαιρικά παράθυρα. Καθώς η εισερχόμενη στην ατμόσφαιρα ηλεκτρομαγνητική ενέργεια του Ηλίου και η εκλυόμενη από τη γήινη επιφάνεια με κατεύθυνση προς το διάστημα θερμική ακτινοβολία διέρχονται από τα ατμοσφαιρικά παράθυρα, αυτά καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης. Περαιτέρω, επιστημονικοί κλάδοι όπως η παρατηρησιακή αστροφυσική και τεχνολογικές εφαρμογές όπως η τηλεπισκόπηση και οι τηλεπικοινωνίες είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με τα ατμοσφαιρικά παράθυρα. Σε κάποιες πηγές, κυρίως στις σχετιζόμενες με τη μελέτη του φαινομένου του θερμοκηπίου, παρατηρείται συνωνυμία των όρων ατμοσφαιρικό παράθυρο και παράθυρο υπερύθρων, καθώς, σε αυτό το πλαίσιο, το παράθυρο υπερύθρων εξετάζεται ως η βασική δίοδος διαφυγής ενός μέρους της εξερχόμενης θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη γήινη επιφάνεια. Ωστόσο, σε άλλους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας, για παράδειγμα στη ραδιοαστρονομία και την τηλεπισκόπηση, ο όρος χρησιμοποιείται ως υπερώνυμο, όπως συμβαίνει και στο παρόν λήμμα.

 Τα ατμοσφαιρικά παράθυρα, ειδικά το οπτικό και των υπερύθρων, καθορίζουν την κατανομή των ενεργειακών ροών και των θερμοκρασιών στο ενεργειακό ισοζύγιο της Γης. Εξαρτώνται από τη νεφοκάλυψη, τους ατμοσφαιρικούς υδρατμούς, τη συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου και άλλων συστατικών της γήινης ατμόσφαιρας.Από τον μέσο όρο των 340 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο (W/m2) ηλιακής ακτινοβολίας που μετριέται στα μέγιστα ύψη της γήινης ατμόσφαιρας, περίπου τα 200 W/m2 φτάνουν στην επιφάνεια του πλανήτη, διερχόμενα μέσω των ατμοσφαιρικών παραθύρων, κυρίως μέσα από το οπτικό και το υπέρυθρων. Περαιτέρω, ανάλογα με την πλανητική νεφοκάλυψη, περίπου 80-100 W/m 2 εξέρχονται στο διάστημα μέσω του παραθύρου υπερύθρων. Περίπου το μισό αυτής της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας προέρχεται από τη γήινη επιφάνεια, με το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου να εκπέμπεται από τις χαμηλότερες περιοχές της ατμόσφαιρας. Αντίστοιχα, μέσω του παραθύρου υπερύθρων κατευθύνεται προς τη γήινη επιφάνεια ένα τμήμα της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται στις ψυχρότερες ανώτερες περιοχές της ατμόσφαιρας.Η έννοια του «παραθύρου» είναι χρήσιμη για τη σκιαγράφηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών της ατμοσφαιρικής ενεργειακής ανταλλαγής. Ωστόσο, για μια αυστηρή ποσοτική ανάλυση των συναφών φαινομένων απαιτείται ο προσδιορισμός των συντελεστών απορρόφησης, εκπομπής και σκέδασης του ατμοσφαιρικού μέσου. Μέχρι τη δεκαετία του 1940, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν οπτικά τηλεσκόπια για την παρατήρηση μακρινών αστρονομικών αντικειμένων των οποίων η ακτινοβολία έφτανε στην επιφάνεια της Γης μέσω του οπτικού παραθύρου. Περαιτέρω, τα ραδιοτηλεσκόπια, βασικά όργανα της ραδιοαστρονομίας, η οποία εξεπέκτεινε τα όρια της παρατηρησιακής αστροφυσικής, ανιχνεύουν σήματα που διέρχονται μέσω του ραδιοπαραθύρου. Οι τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα ατμοσφαιρικά παράθυρα για τη μετάδοση και λήψη σημάτων, καθώς οι ζεύξεις δορυφόρου-εδάφους βρίσκονται σε συχνότητες που εμπίπτουν στο φασματικό εύρος των ατμοσφαιρικών παραθύρων. Αντιθέτως, τα ραδιόφωνα βραχέων κυμάτων χρησιμοποιούν ραδιοκύματα τα οποία ανακλώνται από την ατμόσφαιρα προς την επιφάνεια της Γης χωρίς να διαφεύγουν στο διάστημα μέσω του ραδιοπαραθύρου. Τόσο η ενεργητική —εκπομπή σήματος από δορυφόρο ή αεροσκάφος, ανίχνευση ανάκλασής του από αισθητήρα— όσο και η παθητική —ανίχνευση ανάκλασης του ηλιακού φωτός— τηλεπισκόπηση λειτουργούν με εύρη μήκους κύματος που εμπεριέχονται στα ατμοσφαιρικά παράθυρα.