Մթնոլորտային ֆիզիկա

մինի|Միջազգային տիեզերակայանից նկարահանված երկրի մթնոլորտը, հեռվում երևում է լուսինը
**Մթնոլորտային ֆիզիկա**, մթնոլորտային գիտության ճյուղ, որտեղ կիրառվում է ֆիզիկան մթնոլորտի ուսումնասիրության մեջ։ Մթնոլորտային ֆիզիկոսները փորձում են մոդելավորել Երկրի և այլ մոլորակների մթնոլորտը օգտագործելով հեղուկի հոսքի հավասարումները, քիմիական մոդելները, ճառագայթման հավասարակշռումը և էներգիայի փոխանակման պրոցեսները մթնոլորտում։ Եղանակային համակարգերը մոդելավորելու նպատակով մթնոլորտային ֆիզիկայում կիրառվում է ցրման տեսությունը, ալիքի տարածման մոդելները, ամպային ֆիզիկան, վիճակագրական մեխանիկան և տարածական վիճակագրությունը, որոնք ավելի մաթեմատիկական մեթոդներ են և սերտ կապված են ֆիզիկային։ Այն սերտ կապված է օթերևութաբանության և կլիմայագիտության հետ։ Ինչպես նաև այն ներառում է մթնոլորտի ուսումնասիրման սարքերի նախագծումը և կառուցումը և դրանց տվյալների ուսումնասիրումը և մեկնաբանումը, ներառյալ հեռազննման սարքերը։ Տիեզերագնացության առաջընթացին զուգընթաց սկսեցին ուսումնասիրել մթնոլորտի վերին շերտերը որտեղ կարևոր  է իոնացումը։ Վերջին տարիներին տիեզերական ճառագայթների նկատմամբ հետաքրքությունը մեծացել է շնորհիվ դրանց միջոցով մթնոլորտային երևույթների մասին տեղեկություն ստանալու հնարավորության։ Տիեզերական ճառագայթները մոդուլացվում են արեգակնային բռնկումներով, և կարող են տեղեկություններ տալ
տիեզերական փոթորիկների մասին։ Վերջերս հետազոտությունները պարզել են, որ տարրական մասնիկների հոսքերը կարող են տեղեկություններ տալ նաև մթնոլորտային դժվար չափելի պարամետրերի մասին, ինչպիսին մթնոլորտային էլեկտրական դաշտն է։ Մասնավորապես գամմա ճառագայթների և էլեկտրոնների հոսքերի ուսումնասիրությունից հնարավոր է տեղեկություն ստանալ ամպրոպային ամպերում դրական և բացասական լիցքավորված շերտերով պայմանավորված արդյունարար դաշտի մասին։ Տիեզերական ճառագայթները մոդուլացվում են արեգակնային բռնկումներով, և կարող են տեղեկություններ տալ տիեզերական փոթորիկների մասին։

## Հեռազննում

Հեռազննումը օբյեկտի կամ երևույթի մասին փոքր կամ լայնածավալ տեղեկատվության ձեռքբերումն է՝ ձայնագրող կամ իրական ժամանակի տվիչ սարքերի օգտագործմամբ, որոնք ֆիզիկական կամ անմիջական շփման մեջ չեն օբյեկտի հետ (օրինակ՝ ինքնաթիռ, տիեզերանավ, արբանյակ կամ նավ)։ Գործնականում հեռազննումը օբյեկտի կամ երևույթի մասին տարբեր սարքավորումների միջոցով տվյալների հավաքագրումն է, որն ավելի շատ տտեղեկատվություն կարող է հաղորդել քան տարբեր տարածքներումմտեղադրված չափիչ սարքերը։ Հեռազննման օրինակներ են՝ մթնոլորտային արբանյակների տվյալների հավաքագրման հարթակները, օվկիանողի և մթնոլորտի ուսումնասիրման համակարգերը,  ուլտրաձայնային հետազոտությունը, մագնիսառեզոնանսային շերտագրությունը և այլն։  Կա հեռազննման երկու հիմնական տեսակ։ Պասիվ տվիչները չափում են բնական ճառագայթունը որն արտանետվում է դիտվող օբյեկտի կամ նրա շրջակայքի կողմից։ Արևի անդրադարձած ճառագայթները պասիվ սենսորների միջոցով չափվող ճառագայթման ամենատարածված աղբյուրն է։ Պասիվ հեռազննման օրինակներն են լուսանկարչությունը, ինֆրակարմիր, լիցքավորված սարքերը և ռադիոմետրերը։ Ակտիվ հեռազզնումը մյուս կողմից ճառագայթում է որոշակի էներգիա որպեսզի սկանավորի օբյեկտնրը կամ տարածքը որտեղ արվում են չափումները, և այն գրանցում և չափում է ճառագայթները որոնք անդրադարձել կամ ցրվել են օբյեկտի կողմից։

Ռադարը, լիդառը և սոդառը ակտիվ հեռազննման օրինակներ են, մթնոլորտային ֆիզիկայում օգտագործվում են, որտեղ չափվում է ճառագայթման և անդրադարձման միջև ժամանակը, օբյեկտի հեռավորությունը, գտնվեկու վայրը, բարձրությունը արագությունը։

## Ամպերի ֆիզիկա
Ամպերի ֆիզիկան ֆիզիկական պրոցեսների ուսումնասիրումն է որոնք հանգեցնում են ամպերի առաջացմանը, աճին և տեղումներին։ Ամպերը կազմված են ջրի միկրոսկոպիկ։ Կաթիլներից, փոքր չափի սառցե բյուրեղիկներից, կամ երկուսից միաժամանակ։ Հարմար պայմաններում, կաթիլները կարող են միանալ և առաջացնել տեղումներ, որոնք կարող են տեղալ։ Ամպերի առաջացման հստակ մեխանիզմը դեռևս հստակ պարզ չէ, բայց գիտնականներն ունեն տեսությունները, որտեղ բացատրվում է ամպի կառուցվածքը, ուսումնասիրելով առանձին կաթիլներ։
Ամպրոպային ամպն ունի բարդ կառուցվածք, այն կարող է հանդես գալ որպես մի քանի բջիջների միավորում։ Այժմ ընդունված է և լայն կիրառություն ունի ամպրոպային ամպի կառուցվածքի եռաշերտ մոդելը։ Որն իրենից ենթադրում է որ ամպի վերին և միջին հատվածներում կուտակված են
համապատասխանաբար հիմնական դրական և բացասական լիցքավորված շերտերը։ Ամպրոպների ժամանակ, սովորաբար, ամպի ստորին հատվածում առաջանում է համեմատաբար թույլ դրական լիցքավորված շերտ, որն ընդունված է անվանել ստորին դրական լիցքավորված կենտրոն (Lower Positive Charge Region(LPCR)):

## Մթնոլորտային էլեկտրականություն

Մթնոլորտային էլեկտրականություն տերմինը ներկայացնում մթնոլորտի էլեկտրոստատիկան և էլեկտրոդինամիկան։ Երկրի վերինշերտը, իոնոսֆերան և մթնոլորտը փոխկապակցված են գլոբալ էլեկտրական շղթայի միջոցով։ Կայծակի շիթով անցնող հուսանքը կարող է հասնել մինչև 30000Ամպեր, մինչև 100 միլիոն վոլտ և արձակում է լույս, ռադիոալիքներ, ռենտգենյան ճառագայթներ և նույնիսկ գամմա ճառագայթներ։ Պլազմայի ջերմաստիճանը կայծակի մեջ կարող է մոտենալ 28000 կելվինին, իսկ էլեկտրոնների խտությունը կարող է գերազանցել 1024/մ3։

## Աերոնոմիա

Աերոնոմիան գիտություն է մթնոլորտի վերին շերտի մասին, որտեղ դիսոցիացիան և իոնացումը կարևոր են։ Աերոնոմիա տերմինը ներդրվել է Սիդնի Չեփմենի կողմից 1960 թվականին։ Ներկայումս աերոնոմիան ներառում է նաև այլ մոլորակների մթնոլորտների համապատասխան շրջանների ուսումնասիրությունը։ Աերոնոմիայի հետազոտությունները պահանջում են հատուկ տեխնիկական սարքեր, օդապարիկներ, արբանյակներ և օդերևութաբանական հրթիռներ, որոնք արժեքավոր տվյալներ են տրամադրում մթնոլորտի վերաբերյալ։ Մթնոլորտային մակընթացությունները կարևոր դեր են խաղում ինչպես ստորին, այնպես էլ վերին մթնոլորտի հետ։ Ուսումնասիրված երևույթներից են վերին մթնոլորտի կայծակնային երևույթները, որոնք ուղեկցվում են վառ բազմագույն լուսավորությամբ և ունեն հետևյալ անվանումները՝ կարմիր սփրայթներ, սփրայթների լուսապսակներ, կապույտ շիթեր, էլֆեր և այլն։

## Մթնոլորտային մակընթացություններ
Մթնոլորտային մակընթացությունների ամենամեծ ամպլիտուդը (լայնույթ) հիմնականում առաջանում է տրոպոսֆերայում և ստրատոսֆերայում, երբ մթնոլորտը պարբերաբար տաքանում է, քանի որ ջրի գոլորշին և օզոնը օրվա ընթացքում կլանում են արևի ճառագայթումը։ Այնուհետև առաջացած մակընթացությունները կարող են տարածվել աղբյուրի այս շրջաններից հեռու և բարձրանալ դեպի մեզոսֆերա և թերմոսֆերա։ Մթնոլորտային մակընթացությունները կարող են չափվել որպես քամու, ջերմաստիճանի, խտության և ճնշման կանոնավոր տատանումներ։ Թեև մթնոլորտային մակընթացությունները շատ ընդհանրություններ ունեն օվկիանոսի մակընթացությունների հետ, նրանք ունեն երկու հիմնական տարբերակիչ առանձնահատկություն։

Առաջին առանձնահատկությունը հետևյալն է՝ մթնոլորտային մակընթացությունները հիմնականում տեղի են ունենում արևի կողմից մթնոլորտի տաքացումից, մինչդեռ օվկիանոսի մակընթացությունները հիմնականում կախված են Լուսնի ձգողական դաշտից։ Սա նշանակում է, որ մթնոլորտային մակընթացությունների մեծամասնությունը տատանումների ժամանակաշրջան ունի՝ կապված արեգակնային օրվա 24-ժամյա տեւողության հետ, մինչդեռ օվկիանոսների մակընթացությունները լուսնային օրվա հետ կապված տատանումների ավելի երկար ժամանակաշրջաններ ունեն (լուսնային հաջորդական անցումների միջև ընկած ժամանակը)՝ մոտ 24 ժամ 51 րոպե։

Մյուս առանձնահատկությամբ ներկայացվում է, որ մթնոլորտային մակընթացությունները տարածվում են մթնոլորտում, որտեղ խտությունը զգալիորեն տարբերվում է բարձրությունից։ Սրա հետևանքն այն է, որ դրանց ամպլիտուդները բնականաբար աճում են էքսպոնենցիալ, երբ մակընթացությունը բարձրանում է դեպի մթնոլորտի աստիճանաբար ավելի հազվադեպ շրջաններ (այս երևույթի բացատրությունը տե՛ս ստորև)։ Ի հակադրություն, օվկիանոսների խտությունը միայն փոքր-ինչ տատանվում է ըստ խորության, և, հետևաբար, այնտեղ մակընթացությունները պարտադիր չէ, որ տարբերվեն ամպլիտուդով և խորությամբ։

Թեև արեգակնային ջերմությունը որոշիչ գործոն է ամենամեծ ամպլիտուդային մթնոլորտային մակընթացությունների համար, Արևի և Լուսնի գրավիտացիոն(ձգողական) դաշտերը նույնպես բարձրացնում են մակընթացությունները մթնոլորտում, ընդ որում լուսնային գրավիտացիոն մթնոլորտային մակընթացային էֆեկտը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան արեգակնայինը։

Երկրի մակերևույթին մթնոլորտային մակընթացությունները կարող են դիտվել կանոնավոր, բայց ունենալ փոքր, մակերեսային տատանումներ 24 ժամ և 12 ժամ տևողությամբ։ Ամենօրյա առավելագույն ճնշումը տեղի է ունենում առավոտյան ժամը 10-ից մինչև 22-ը։ Մինչդեռ նվազագույն ազդեցությունը տեղի է ունենում առավոտյան ժամը 4-ից մինչև 16-ը։ Այնուամենայնիվ, ավելի մեծ բարձրության դեպքում մակընթացությունների ամպլիտուդները կարող են դառնալ շատ մեծ։ Մեզոսֆերայում (~ 50 – 100 կմ բարձրություններ) մթնոլորտային մակընթացությունները կարող են հասնել ավելի քան 50 մ/վ լայնույթի և հաճախ հանդիսանալ մթնոլորտի շարժման ամենակարևոր մասը։

## Հետազոտական կայաններ
Մեծ Բրիտանիայում մթնոլորտային ուսումնասիրությունները հիմնված են Met Office-ի, Բնական Միջավայրի Հետազոտական Խորհրդի և Գիտության  Տեխնոլոգիայի Հաստատությունների Խորհրդի կողմից։ ԱՄՆ Ազգային Օվկիանոսային և Մթնոլորտային Վարչության (NOAA) ստորաբաժանումները վերահսկում են հետազոտական նախագծերը և եղանակի մոդելավորումը։ ԱՄՆ-ի աստղագիտության և իոնոսֆերայի ազգային կենտրոնը նույնպես իրականացնում է մթնոլորտի վերին շերտերի ուսումնասիրություններ։ Բելգիայում Տիեզերական Աերոնոմիայի Բելգիական Ինստիտուտը ուսումնասիրում է մթնոլորտը և տիեզերքը։ Ֆրանսիայում կան մի քանի պետական կամ մասնավոր կազմակերպություններ, որոնք ուսումնասիրում են մթնոլորտը, օրինակ՝ մետեո-Ֆրանսը (Météo-France), մի քանի լաբորատորիաներ ազգային գիտահետազոտական կենտրոնում (օրինակ՝ IPSL խմբի լաբորատորիաները)։

## Ծանոթագրություններ

## Գրականություն

* J. V. Iribarne, H. R. Cho, *Atmospheric Physics*, D. Reidel Publishing Company, 1980.
* 
* 
* 
* M. Roth, A. Chilingarian, A. Vardanyan, A Nonparametric Approach for Determination of Energy Spectrum and Mass Composition of Cosmic Rays from EAS Observables, Nuclear Phys. B, 75A, (302), 1999.
* Mailyan B. G. et al. The spectroscopy of individual terrestrial gamma-ray flashes: Constraining the source properties. 121, 11,346–11,363 (2016)

Կատեգորիա:Գիտություն
Կատեգորիա:Երկրաֆիզիկա
Կատեգորիա:Հիդրոդինամիկա
Կատեգորիա:Մթնոլորտ
Կատեգորիա:Օդերևութաբանություն
Կատեգորիա:Ֆիզիկա
Կատեգորիա:Ֆիզիկական գիտություններ
Կատեգորիա:Ֆիզիկայի ենթաբաժիններ