موضوع مقاله: تابش پراکنده آسمان | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تابش پراکنده آسمان | مقدمه: در طول روز روشن، به دلیل پراکنش ریلی، آسمان آبی است، در حالی که در حوالی طلوع یا غروب خورشید و به ویژه در هنگام گرگ و میش، جذب تابش ازون به حفظ رنگ آبی در آسمان عصر کمک می‌کند. | ## بخش 1: تابش پراکنده آسمان | در طلوع یا غروب خورشید، پرتوهای خورشیدی به صورت مماس، ابرها را با رنگ‌های نارنجی تا قرمز روشن می‌کنند. طیف آسمان آبی در طول موج‌های ۴۵۰–۴۸۵ نانومتر، با طول موج‌های رنگ آبی ظاهر می‌شود. تابش پراکنده آسمان تابش خورشیدی است که پس از پراکنده شدن پرتو مستقیم خورشید توسط مولکول‌ها یا ذرات موجود در جو به سطح زمین می‌رسد. به آن درخشش آسمان نیز می‌گویند که فرایند تعیین‌کننده برای تغییر رنگ‌های آسمان است. تقریباً ۲۳ درصد از تابش نور خورشید، از پرتو خورشیدی به دلیل پراکندگی در جو حذف می‌شود. از این مقدار (تابش فرودی)، در نهایت حدود دو سوم به عنوان تابش انتشاری فوتون به زمین می‌رسد. فرآیندهای پراکندگی تشعشعی غالب در جو عبارتند از پراکندگی ریلی و پراکندگی مای که الاستیک هستند، به این معنی که یک فوتون نور می‌تواند بدون جذب و بدون تغییر طول موج، از مسیر خود منحرف شود. زیر یک آسمان ابری، نور مستقیم خورشید وجود ندارد و تمام نورها از تابش پراکنده آسمان ناشی می‌شوند. بر اساس تجزیه و تحلیل پیامدهای فوران آتشفشان کوه پیناتوبوی فیلیپین (در ژوئن ۱۹۹۱) و همین‌طور مطالعات دیگر، نور پراکنده، به دلیل ساختار و رفتار ذاتی خود، می‌تواند برگ‌های زیر سایه بدنه گیاهان را روشن کند و فتوسنتز کل گیاه را کارآمدتر کند. در غیر این صورت، این در تضاد کامل با تأثیر آسمان صاف با نور مستقیم خورشید است که بر روی برگ‌های زیرین سایه می‌اندازد و در نتیجه فتوسنتز گیاهان را به لایه بالایی محدود می‌کند. اتمسفر زمین نور را با طول موج کوتاه، موثرتر از طول موج‌های بلندتر پراکنده می‌کند. از آنجایی که در طول موج‌های کوتاه‌تر، نور آبی و نورهای با طول موج بلندتر، قرمز یا سبز هستند، بنابراین رنگ آبی بیشتر از رنگ‌های دیگر، پراکنده می‌شود. | ## بخش 2: تابش پراکنده آسمان | رنگی که از آسمان درک می‌شود، شبیه به رنگ آبی تک رنگ (در طول موج ۴۷۴ تا ۴۷۶ نانومتر) است که با نور سفید مخلوط شده باشد که یک نور آبی غیر اشباع است. این توضیح رنگ آبی آسمان توسط ریلی (Rayleigh) در سال ۱۸۷۱، یک مثال معروف از کاربرد تحلیل ابعادی برای حل مسائل فیزیک است. در نسبت‌های بزرگ‌تر، پراکندگی به شکل پیچیده‌تری تغییر می‌کند، همان‌طور که برای ذرات کروی توسط تئوری مای توضیح داده شد. هر روز در هر مکانی از جهان که طلوع یا غروب خورشید را تجربه می‌کند، بیشتر پرتوهای نور مرئی خورشید، تقریباً مماس به سطح زمین می‌رسد. در این مواقع، مسیر نور خورشید از طریق جو مسیر طولانی تری را طی می‌کند به طوری که بخش بیشتری از نور آبی یا سبز پراکنده می‌شود. به همین دلیل است که هنگام تماشای غروب یا طلوع خورشید، به دلیل این پدیده، پرتوهای خورشید و ابرهایی را که روشن می‌کند، به رنگ‌هایی که نارنجی تا قرمز در آن بیشتر است، دیده می‌شود. هنگام قرار گرفتن خورشید در سرسو و در روز روشن، آسمان به دلیل پراکندگی رایلی آبی رنگ است که علاوه بر آن، تأثیر گازهای دو اتمی مانند نیتروژن و اکسیژن هم مؤثر است. نزدیک غروب آفتاب و به ویژه در هنگام گرگ و میش، جذب توسط ازون به‌طور قابل توجهی به حفظ رنگ آبی در آسمان عصر کمک می‌کند. زیر آسمان ابری اساساً هیچ نور خورشیدی در زیر آسمان ابری وجود ندارد، بنابراین تمام نور در ان مواقع، ناشی از تابش پراکنده آسمان است. شار نور خیلی وابسته به طول موج نیست زیرا قطرات آب موجود در ابرها، بزرگتر از طول موج نور هستند و همه رنگ‌ها را تقریباً به‌طور مساوی پراکنده می‌کنند. شدت دامنه از نور مستقیم خورشید برای ابرهای نسبتاً نازک، تا نور مستقیم خورشید در زیر ضخیم‌ترین ابرها در مواقع طوفان متفاوت است. بخشی از کل تابش یکی از معادلات برای کل تابش خورشیدی به شرح زیر است: که در آن Hb درخشش تابش پرتو، Rb ضریب شیب برای تابش پرتو، Hd تابش پراکنده، Rd ضریب شیب برای تابش پراکنده و Rr ضریب شیب برای تابش بازتابیده است. | ## بخش 3: تابش پراکنده آسمان | Rb به صورت زیر محاسبه می‌شود: که در آن δ موقعیت خورشید، Φ عرض جغرافیایی، β زاویه افقی و h زاویه ساعت خورشیدی است. R d به صورت زیر محاسبه می‌شود: و R r به صورت زیر محاسبه می‌شود: که ρ بازتابی مربوط به سطح است. این عکس لایه دوگانه ابرهای آئروسل پیناتوبو (رگه‌های تاریک) را در بالای نوک ابرهای پایینی به تصویر می‌کشد. فوران آتشفشان فیلیپین (کوه پیناتوبو) در ژوئن ۱۹۹۱ تقریباً مواد مذاب فوران کرد و ۱۷۰۰۰۰۰۰ تن متریک دی‌اکسید گوگرد (SO2) به هوا وارد کرد که ده برابر آتش‌سوزی کویت در سال ۱۹۹۱ بود. از آنجایی که خاکستر آتشفشانی به سرعت از اتمسفر خارج می‌شود، اثرات منفی کشاورزی ناشی از اثرات فوران، تا حد زیادی کوتاه مدت بود و در ناحیه نسبتاً کوچکی در نزدیکی نقطه فوران، آن هم ناشی از پوشش ضخیم خاکستر بود. با این حال، در سطح جهانی، علیرغم کاهش چند ماهه ۵ درصدی تابش کلی خورشید و کاهش ۳۰ درصدی نور مستقیم خورشید، هیچ تأثیر منفی بر کشاورزی جهانی نداشت. روش کشف این موضوع به این شکل بود که در ابتدا، یک افت مرموز در سرعت پر شدن دی‌اکسید کربن (CO 2) در جو مشاهده شد که در نموداری که به عنوان «منحنی کیلینگ» (Keeling Curve) شناخته می‌شود، ترسیم شده‌است. این امر باعث شد بسیاری از دانشمندان تصور کنند که این کاهش به دلیل کاهش دمای زمین و به تبع آن کاهش سرعت تنفس گیاه و خاک است که نشان دهنده تأثیر مخرب لایه مه آتشفشانی بر کشاورزی در سطح است. با این حال، پس از بررسی، کاهش سرعت اضافه شدن دی‌اکسید کربن به اتمسفر با این فرضیه که نرخ تنفس گیاه کاهش یافته، مطابقت نداشت. NASA 2003 حیات گیاهی مرتبط بود که منجر به افزایش اثر کربن بر فتوسنتز در سطح جهانی شد. مکانیسمی که با آن افزایش رشد گیاه امکان‌پذیر شد، این بود که کاهش ۳۰ درصدی نور مستقیم خورشید را می‌توان به صورت افزایش یا «تقویت» آن در میزان نور بازتاب و پخش شده خورشید نیز بیان کرد. | ## جمع‌بندی | در تضاد کامل با این وضعیت، برای آسمان کاملاً صاف و نور مستقیم خورشید که از آن حاصل می‌شود، سایه‌ها بر روی برگ‌های زیرزمینی ریخته می‌شوند و فتوسنتز گیاهان را در لایه تاج بالایی آن‌ها بیشتر می‌کند.