Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) αποτελεί ένα πολύ μικρό ποσοστό της ατμόσφαιρας (περίπου 0,04%), αλλά έχει σημαντικό αντίκτυπο στο κλίμα καθώς αποτελεί «αέριο του θερμοκηπίου». Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι μια φυσική διαδικασία που θερμαίνει την επιφάνεια της Γης, χωρίς το οποίο η μέση θερμοκρασία θα ήταν -18˚ C, σε σχέση με τους 15 ֯C που έχουμε σήμερα.

.

Όταν η ενέργεια του ήλιου φτάνει στη Γη, ένα μέρος της αντανακλάται πίσω στο διάστημα και το υπόλοιπο απορροφάται, θερμαίνοντας τον πλανήτη. Στη συνέχεια, η Γη εκπέμπει αυτή την ενέργεια ως θερμότητα. Τα αέρια του θερμοκηπίου όπως το CO2, το μεθάνιο και οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα παγιδεύουν μέρος αυτής της θερμότητας, εμποδίζοντάς την να διαφύγει στο διάστημα. Αυτή η παγιδευμένη θερμότητα συμβάλλει στο να ζεσταίνεται ο πλανήτης ώστε να διατηρείται η ζωή.

.

Το CO2, παρά τη μικρή του συγκέντρωση, είναι απίστευτα αποτελεσματικό στην παγίδευση της θερμότητας. Κάθε μόριο CO2 είναι δομημένο έτσι, ώστε να απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία (θερμότητα) που εκπέμπεται από τη Γη. Μόλις απορροφηθεί, η θερμότητα αυτή επανεκπέμπεται προς όλες τις κατευθύνσεις, θερμαίνοντας την ατμόσφαιρα. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά το CO2 ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου, ακόμη και σε μικρές ποσότητες. Γιατί όμως γίνεται αυτό;

.

Τα αέρια του θερμοκηπίου, αλληλεπιδρούν με την υπέρυθρη ακτινοβολία λόγω της μοριακής ασυμμετρίας τους και «την παγιδεύουν». Αντίθετα, αέρια όπως το άζωτο, το οξυγόνο και το αργό, που αποτελούν πάνω από το 99% της γήινης ατμόσφαιρας, είναι ως επί το πλείστον ανενεργά στο υπέρυθρο. Αυτό συμβαίνει επειδή οι μοριακές δομές τους δεν διαθέτουν ασυμμετρία, καθιστώντας τα σχεδόν διαφανή στη θερμική ακτινοβολία.

.

Από τη Βιομηχανική Επανάσταση, οι ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η καύση ορυκτών καυσίμων, έχουν αυξήσει τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού CO2 κατά πάνω από 40%. Αυτή η αύξηση μπορεί να φαίνεται μικρή σε απόλυτους αριθμούς (σε σχέση με το σύνολο της ατμόσφαιρας), αλλά ενισχύει σημαντικά το φαινόμενο του θερμοκηπίου, οδηγώντας στην υπερθέρμανση του πλανήτη.

.

Τα σημερινά επίπεδα CO2 είναι τα υψηλότερα των τελευταίων πολλών εκατομμυρίων ετών.

Ο όρος «λευκαύγεια» (albedo) χρησιμοποιείται συνήθως στον τομέα της κλιματολογίας και της περιβαλλοντικής επιστήμης και αναφέρεται στο ποσοστό του φωτός που προσπίπτει σε μια επιφάνεια και αντανακλάται χωρίς να απορροφάται. Οι επιφάνειες με υψηλή λευκαύγεια, όπως το χιόνι και ο πάγος, αντανακλούν το μεγαλύτερο μέρος του ηλιακού φωτός, ενώ οι πιο σκούρες επιφάνειες, όπως τα δάση ή οι ωκεανοί, έχουν χαμηλή λευκαύγεια, απορροφώντας περισσότερη από την ενέργεια του ήλιου.

.

Η λευκαύγεια παίζει ζωτικό ρόλο στο ενεργειακό ισοζύγιο της Γης. Ο πλανήτης λαμβάνει ενέργεια από τον ήλιο και η ενέργεια αυτή είτε απορροφάται, είτε ανακλάται πίσω στο διάστημα. Επιφάνειες με υψηλή λευκαύγεια, όπως οι πολικοί πάγοι, λειτουργούν ως «ανακλαστικές ασπίδες» της Γης, στέλνοντας σημαντικό μέρος του ηλιακού φωτός πίσω στο διάστημα, ψύχοντας έτσι τον πλανήτη. Αντίθετα, οι επιφάνειες με χαμηλότερη λευκαύγεια απορροφούν περισσότερη ηλιακή ενέργεια, συμβάλλοντας στη θέρμανση.

.

Η σημασία της λευκαύγειας επεκτείνεται στις συζητήσεις για την κλιματική αλλαγή. Καθώς οι παγκόσμιες θερμοκρασίες αυξάνονται, ο πάγος και το χιόνι λιώνουν, μειώνοντας τη συνολική λευκαύγεια της Γης. Αυτή η μείωση των επιφανειών με υψηλή λευκαύγεια σημαίνει ότι απορροφάται περισσότερη ηλιακή ενέργεια, οδηγώντας σε περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας (ice–albedo feedback).

.

Οι ανθρώπινες δραστηριότητες επηρεάζουν επίσης τη λευκαύγεια. Οι αστικές περιοχές, για παράδειγμα, τείνουν να έχουν χαμηλότερη λευκαύγεια από τα φυσικά τοπία, συμβάλλοντας στο φαινόμενο της «αστικής θερμικής νησίδας» (urban heat island). Επιπλέον, πρακτικές όπως η αποψίλωση των δασών μεταβάλλουν τα χαρακτηριστικά της γήινης επιφάνειας, επηρεάζοντας την ανακλαστική της ικανότητα.

.

Στην αστρονομία η λευκαύγεια των δορυφόρων και των αστεροειδών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συναχθεί η επιφανειακή τους σύσταση, ιδίως η περιεκτικότητά τους σε πάγο. Ο Εγκέλαδος, ένας δορυφόρος του Κρόνου, έχει την υψηλότερη γνωστή λευκαύγεια από κάθε άλλο σώμα στο Ηλιακό Σύστημα, με το 99% της προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας να ανακλάται.

Τα σέλαα, κοινώς γνωστά ως Βόρειο και Νότιο Σέλας, εμφανίζονται κοντά στις πολικές περιοχές της Γης και είναι το αποτέλεσμα μιας πολύπλοκης αλληλεπίδρασης μεταξύ της μαγνητόσφαιρας, της ατμόσφαιρας και του ηλιακού ανέμου.
.
Το ταξίδι μας ξεκινά από τον Ήλιο, ο οποίος εκπέμπει συνεχώς μια ροή φορτισμένων σωματιδίων, κυρίως ηλεκτρονίων και πρωτονίων. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως «ηλιακός άνεμος».
.
Φτάνοντας στη Γη, τα φορτισμένα σωματίδια συναντούν το μαγνητικό της πεδίο. Αυτή η αόρατη ασπίδα, που εκτείνεται πολύ μακριά στο διάστημα, προστατεύει τον πλανήτη μας από την επιβλαβή ηλιακή ακτινοβολία. Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι αυτό που κατευθύνει τα σωματίδια προς τους πόλους.
.
Καθώς αυτά τα φορτισμένα σωματίδια από τον ηλιακό άνεμο αλληλεπιδρούν με τα αέρια της γήινης ατμόσφαιρας, μεταφέρουν την ενέργειά τους στα άτομα και τα μόρια των αερίων, όπως το οξυγόνο και το άζωτο. Αυτή η ενέργεια διεγείρει αυτά τα άτομα, και όταν αποδιεγείρονται εκπέμπουν φως. Τα διαφορετικά χρώματα στο σέλας οφείλονται στα διαφορετικά αέρια της ατμόσφαιρας. Το οξυγόνο, σε μεγάλα υψόμετρα, μπορεί να εκπέμπει κόκκινο φως, ενώ το άζωτο μπορεί να παράγει μπλε ή μοβ αποχρώσεις. Το πιο συνηθισμένο χρώμα, ένα φωτεινό πράσινο, παράγεται από το οξυγόνο σε χαμηλότερα υψόμετρα.
.
Γιατί όμως το σέλας εμφανίζεται κυρίως κοντά στους πόλους; Οφείλεται στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου της Γης, οι οποίες συγκλίνουν στους πόλους. Τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται σπειροειδώς κατά μήκος αυτών των γραμμών, δημιουργώντας το σέλας σε αυτές τις περιοχές.
.
Τα σέλαα είναι κάτι περισσότερο από μια εντυπωσιακή οπτική απεικόνιση- είναι ένα παράθυρο στις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του πλανήτη μας και του Ήλιου. Η μελέτη τους βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν το μαγνητικό πεδίο της Γης και τον τρόπο που προστατεύει τον πλανήτη μας από την ηλιακή ακτινοβολία. Παρέχουν επίσης πληροφορίες για την ηλιακή δραστηριότητα και τον διαστημικό καιρό, που μπορεί να επηρεάσει τις δορυφορικές επικοινωνίες και τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας στη Γη.
.
Ο ακριβής μηχανισμός δημιουργίας του σέλαος δεν είναι απόλυτα κατανοητός, μέχρι και σήμερα…