Η βασική λειτουργία του Planet Physics είναι να ενθαρρύνει, να προωθήσει και να υποστηρίξει την εκπαίδευση στον τομέα της Φυσικής, κάνοντας τη μάθηση απτή, ενδιαφέρουσα και διαδραστική.

Θερμόσφαιρα, το πιο “καυτό” μέρος της ατμόσφαιρας

Σήμερα, θα κάνουμε ένα ταξίδι ψηλά πάνω από την επιφάνεια της Γης για να εξερευνήσουμε τη θερμόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που είναι τόσο συναρπαστικό, όσο και μυστηριώδες. Η θερμόσφαιρα, που βρίσκεται μεταξύ 85 και 600 χιλιομέτρων πάνω από τη Γη, είναι ένα βασίλειο των άκρων, όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να φτάσουν μέχρι και τους 2.500°C!

.

Η θερμόσφαιρα θερμαίνεται κυρίως από την υπεριώδη ακτινοβολία και τις ακτίνες Χ του Ήλιου. Όταν αυτά τα φωτόνια υψηλής ενέργειας συγκρούονται με τα αραιά μόρια του αέρα, μεταφέρουν ενέργεια, προκαλώντας τη “διέγερση” των μορίων, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία. Η θερμόσφαιρα είναι το στρώμα που εμφανίζονται το βόρειο και το νότιο σέλας. Φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο της Γης και συγκρούονται με μόρια οξυγόνου και αζώτου, παράγοντας ζωντανά χρώματα που φωτίζουν τον νυχτερινό ουρανό.

.

Παρά το γεγονός ότι το όνομά της υποδηλώνει θερμότητα, η θερμόσφαιρα μπορεί επίσης να είναι απίστευτα κρύα κατά τη διάρκεια της νύχτας, με θερμοκρασίες που πέφτουν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν πολύ λίγα μόρια που συγκρατούν τη θερμότητα.

.

Η θερμόσφαιρα χρησιμεύει ως «πύλη προς το διάστημα» και φιλοξενεί τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Ο ISS περιστρέφεται γύρω από τη Γη μέσα στη θερμόσφαιρα, όπου η αντίσταση του αέρα είναι ελάχιστη, επιτρέποντάς του να διατηρεί την ταχύτητά του και την τροχιά του με λιγότερα καύσιμα. Το στρώμα αυτό περιέχει επίσης την ιονόσφαιρα, ένα υπόστρωμα γεμάτο με φορτισμένα σωματίδια που παίζουν κρίσιμο ρόλο στις ραδιοεπικοινωνίες και τα σήματα GPS. Πώς όμως, ο ISS βρίσκεται σε ένα χώρο με τόσο υψηλή θερμοκρασία, χωρίς να λιώνουν τα μέρη που τον αποτελούν;

.

Αν και η θερμοκρασία της θερμόσφαιρας είναι τρομακτικά υψηλή, στην πραγματικότητα δεν το νιώθουμε. Αν τοποθετούσαμε το χέρι μας στην περιοχή, δεν θα αισθανόμασταν ζέστη, επειδή η πυκνότητα του αέρα είναι τόσο χαμηλή, που δεν υπάρχουν αρκετά μόρια για να μεταφέρουν θερμότητα στο δέρμα μας.

Πώς φτιάχνονται τα σύννεφα;

Τα σύννεφα σχηματίζονται όταν οι υδρατμοί ανεβαίνουν ψηλά στην ατμόσφαιρα, ψύχονται και συμπυκνώνονται σε μικροσκοπικά σταγονίδια ή παγοκρυστάλλους. Η διαδικασία αυτή συμβαίνει όταν ο θερμός αέρας που μεταφέρει υγρασία από την επιφάνεια της Γης ανυψώνεται και ψύχεται στο σημείο δρόσου, με αποτέλεσμα να δημιουργείται η υπέροχη ποικιλία των νεφών που κοσμούν τον ουρανό μας.

.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι σύννεφων, που ταξινομούνται ανάλογα με την εμφάνισή τους και το ύψος στο οποίο σχηματίζονται. Τα σύννεφα υψηλού επιπέδου, όπως οι «θύσσανοι» (cirrus), είναι αραχνοΰφαντα και μοιάζουν με φτερά. Βρίσκονται σε υψόμετρο πάνω από 6.000 μέτρα, όπου οι θερμοκρασίες είναι ψυχρές. Τα σύννεφα μεσαίου επιπέδου, όπως τα «υψιστρώματα» (altostratus), σχηματίζονται γενικά μεταξύ 2.000 και 6.000 μέτρων και συχνά καλύπτουν τον ουρανό σε ένα ομοιόμορφο στρώμα. Τα χαμηλού επιπέδου σύννεφα, όπως οι φουσκωμένοι «σωρείτες» (cumulus), παρατηρούνται συχνά σε υψόμετρο κάτω από τα 2.000 μέτρα και μπορεί να μοιάζουν με βαμβακερές μπάλες με έντονα περιγράμματα. Υπάρχουν επίσης κάθετα αναπτυγμένα σύννεφα, όπως οι «σωρειτομελανίες» (cumulonimbus), πανύψηλοι γίγαντες που μπορούν να καλύψουν όλα τα επίπεδα σύννεφων και συχνά συνδέονται με έντονα καιρικά φαινόμενα, όπως καταιγίδες.

.

Σχετικά με το χρώμα των νεφών, τα λεπτά σύννεφα φαίνονται λευκά, καθώς διασκορπίζουν όλα τα χρώματα του ηλιακού φωτός εξίσου, ενώ τα παχύτερα συχνά φαίνονται γκρίζα- όταν τα σύννεφα είναι αρκετά πυκνά, απορροφούν περισσότερο φως, διασκορπίζοντας λιγότερο, γεγονός που τους δίνει τη σκουρότερη εμφάνισή τους.

.

Τα σύννεφα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ενεργειακή ισορροπία της Γης. Αντανακλούν το ηλιακό φως, ψύχοντας τη Γη, αλλά επίσης παγιδεύουν τη θερμότητα, διατηρώντας τον πλανήτη ζεστό. Αυτή η δυαδικότητα είναι μέρος του γεγονότος ότι η πρόβλεψη της κλιματικής αλλαγής αποτελεί πρόκληση, καθώς μικρές αλλαγές στην κάλυψη ή τον τύπο των νεφών μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στις παγκόσμιες θερμοκρασίες.

.

Fun fact: Παρά την «αιθέρια» εμφάνισή τους, τα σύννεφα δεν είναι τόσο ελαφριά όσο φαίνονται. Ένας μεμονωμένος σωρείτης μπορεί να ζυγίζει περισσότερο από 500 τόνους!

Γιατί υπάρχει ζωή στη Γη;

Η Γη αποτελεί μια μοναχική όαση ζωής στην κοσμική μας γειτονιά. Γιατί όμως είναι τόσο σπάνια η ύπαρξη ζωής σε κάποιο πλανήτη; Η απάντηση είναι ένας συνδυασμός πολλών κρίσιμων παραγόντων.

.

Η κατοικήσιμη ζώνη: Η Γη βρίσκεται σε ιδανική απόσταση από τον Ήλιο, σε μια περιοχή γνωστή ως «κατοικήσιμη ζώνη» του ηλιακού μας συστήματος. Σε αυτή την περιοχή δεν συναντάμε ακραίες θερμοκρασίες και οι συνθήκες είναι κατάλληλες για την ύπαρξη υγρού νερού. Η ζώνη αυτή είναι ζωτικής σημασίας, και αποτελεί την πρώτη περιοχή που στρέφουν την έρευνα τους οι αστρονόμοι, στην αναζήτηση εξωγήινης ζωής στο διάστημα.

.

Υγρό νερό: Η παρουσία του νερού σε υγρή μορφή αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο για τη ζωή, παρέχοντας ένα περιβάλλον για πολύπλοκη χημεία, βοηθώντας παράλληλα στη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη μέσω των μοναδικών φυσικών ιδιοτήτων του.

.

Ατμόσφαιρα: Η ατμόσφαιρα της Γης παρέχει τα απαραίτητα αέρια για τη ζωή, όπως το οξυγόνο για τα ζώα και το διοξείδιο του άνθρακα για τα φυτά. Προστατεύει επίσης τους ζωντανούς οργανισμούς από την επιβλαβή υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου καθώς και από την πρόσκρουση «διαστημικών επισκεπτών».

.

Μαγνητόσφαιρα: Η μαγνητόσφαιρα της Γης λειτουργεί ως ασπίδα, εκτρέποντας τον ηλιακό άνεμο (σωματίδια υψηλής ενέργειας). Χωρίς αυτό το προστατευτικό φράγμα, ο ηλιακός άνεμος θα μπορούσε να διαλύσει την ατμόσφαιρα (κάτι που πιθανότατα συνέβη στον Άρη), αφήνοντας την επιφάνεια εκτεθειμένη στις επιβλαβείς κοσμικές ακτίνες.

.

Χημικά στοιχεία: Η ζωή στη Γη βασίζεται σε χημικά στοιχεία όπως ο άνθρακας, το υδρογόνο, το άζωτο, το οξυγόνο, ο φώσφορος και το θείο, γνωστά με το ακρωνύμιο CHNOPS. Αυτά τα στοιχεία συνδυάζονται με αμέτρητους τρόπους για να σχηματίσουν τα σύνθετα μόρια της ζωής.

.

Αυτοί είναι οι πέντε θεμελιώδεις παράγοντες που δημιουργούν τις προϋποθέσεις για την ύπαρξη ζωής στη Γη. Μαζί, δημιουργούν τις συνθήκες που επέτρεψαν στη ζωή να ευδοκιμήσει στον πλανήτη μας για δισεκατομμύρια χρόνια. Καθώς εκτείνουμε το βλέμμα μας στον γαλαξία, αναζητώντας κι άλλους πλανήτες που μπορούν να υποστηρίξουν τη ζωή, μας υπενθυμίζεται η σπάνια και λεπτή ισορροπία που κάνει τον δικό μας κόσμο τόσο ξεχωριστό.

Τι είναι το Jet-stream?

Αναρωτηθήκατε ποτέ γιατί οι πτήσεις από τα δυτικά προς τα ανατολικά είναι συχνά ταχύτερες από το αντίστροφο ταξίδι; Η κοινή διαίσθηση θα μπορούσε να υποδείξει ότι, δεδομένου ότι η Γη περιστρέφεται από τα δυτικά προς τα ανατολικά, τα αεροπλάνα που πετούν προς τα ανατολικά θα έπρεπε να χρειάζονται περισσότερο χρόνο, καθώς κινούνται ενάντια στην περιστροφή της Γης. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει, και οι λόγοι για τους οποίους συμβαίνει αυτό έχουν τις ρίζες τους στη δυναμική της γήινης ατμόσφαιρας και στη φυσική της κίνησης.

.

Πρώτον, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η περιστροφή της Γης δεν επηρεάζει τον χρόνο πτήσης. Όταν ένα αεροπλάνο απογειώνεται, διαθέτει ήδη την ταχύτητα περιστροφής της Γης. Αυτό σημαίνει ότι καθώς η Γη περιστρέφεται, το αεροπλάνο κινείται μαζί της, όπως ακριβώς ένα άτομο που πηδάει κατακόρυφα πάνω σε ένα κινούμενο τρένο, θα προσγειωθεί ξανά στο ίδιο σημείο (σε σχέση με το τρένο).

.

Ο κύριος λόγος για τον οποίο οι πτήσεις μπορεί να είναι ταχύτερες όταν κατευθύνονται προς τα ανατολικά, οφείλεται στα ρεύματα “jet streams”. Πρόκειται για ζώνες ισχυρών ανέμων που βρίσκονται στα ανώτερα επίπεδα της ατμόσφαιρας και πνέουν από τα δυτικά προς τα ανατολικά. Αυτοί οι άνεμοι δημιουργούνται από έναν συνδυασμό της περιστροφής της Γης και των θερμικών επιδράσεων του ήλιου, οι οποίες μαζί δημιουργούν μεγάλης κλίμακας μοτίβα ατμοσφαιρικής κίνησης.

.

Όταν τα αεροπλάνα πετούν από τα δυτικά προς τα ανατολικά, μπορούν να επωφεληθούν από αυτά τα jet streams, για να πάρουν μια πρόσθετη ώθηση, μειώνοντας σημαντικά τον χρόνο ταξιδιού. Αντίθετα, όταν πετούν προς τα δυτικά, τα αεροπλάνα πρέπει συχνά να «παλέψουν» ενάντια σε αυτούς τους ανέμους, οδηγώντας σε μεγαλύτερους χρόνους πτήσης.

.

Την επόμενη φορά λοιπόν που θα κλείσετε μια πτήση και θα αναρωτηθείτε για τη διαφορά στις διάρκειες μεταξύ ανατολικών και δυτικών δρομολογίων, θυμηθείτε: δεν πρόκειται για τη Γη που περιστρέφεται, αλλά για τους ανέμους που τη σαρώνουν.