2. KAKO SE NAŠA ATMOSFERA MENJALA?
2.6. Atmosfera i njene elektromagnetne osobine
|
Oko Zemlje postoje i slojevi sa elektromagnetnim osobinama. U odnosu na te osobine razlikuju se dva sloja: |
|
Jonosfera je gust sloj molekula i naelektrisanih čestica (elektrona i pozitivnih jona). Nalazi se na visini od oko 48 km do oko 965 km iznad Zemljine površine. Ona obuhvata deo mezosfere, troposferu i egzosferu. |
|
Odakle potiču naelektrisanja u jonosferi? |
|
|
Glavni izvor za jonizaciju atoma i molekula je sunčevo zračenje. Spoljašnji sloj zemljine atmosfere izložen je sunčevom zračenju širokog spektra talasnih dužina i energija. Tu se nalaze i sunčevi zraci poput UV i X-zraka, koji imaju dovoljno veliku energiju da pod njihovim uticajem neutralni atomi mogu da izgube elektron i dobijaju se joni atoma i elektroni. Ali elektroni nisu večno slobodni, pošto „begunce“ (elektrone) ponovo hvataju najbliži pozitivni joni. Ova jonizacija se može videti na snimcima iz međuplanetarnog prostora. Jonosfera nije samo jednolična mešavina jona, već ima specifične slojeve u zavisnosti od koncentracije i sastava jona koji je tvore. Koncentracija jona u jonosferi varira u zavisnosti od količine sunčevog zračenja koje dospeva na Zemlju. Tokom dana jonosfera ima veću gustinu naelektrisanih čestica. Noću njihova gustina opada. Razlog je rekombinacija naelektrisanih čestica sa elektronima nazad u neutralne čestice. Jonizacija jonosfere odvija se i noću, uzimajući u obzir kosmički zraci jonizuju, mada u daleko manjoj meri. |
 Carlos Molina/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0) |
 Kf4yfd, Noldoaran, Augiasstallputzer~commonswiki/ Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0) |
Volite li da slušate radio? Šta mislite, da li radiofrekvencija ima veze sa jonosferom? Verovatno je odgovor potvrdan na pitanje o slušanju radija. Zamislite, slušanje radija tj. prostiranje radiotalasa nam omogućava baš jonosfera. Radiotalasi emitovani sa Zemlje odbijaju se od jonosfere, koju možemo zamisliti kao ogromno ogledalo. Radiotalasi mogu da se odbiju između Zemlje i površine jonosfere mnogo puta. Zanimljivo je da će pri prenosu neki od radiotalasa uspeti da pobegnu kroz jonosferu, ali ti nam ne donose informacije pa im jednostavno „mahnemo za sretan put“. Saznajte više o radiotalasima u drugoj knjizi u poglavlju „Elektromagnetno zračenje oko nas“. |
|
Jonosfera: |
 Quatus/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0 DEED) |
Zemlja kao celina predstavlja neku vrstu velikog magneta. Kao i oko svakog magneta, u prostoru oko Zemlje se manifestuje magnetno polje. To polje se naziva magnetosfera. Na osnovu naziva očekivalo bi se da je magnetosfera sfernog oblika, ali nije tako. |
|
Zašto? Magnetosfera nije sfernog oblika zbog djelovanja solarnog vetra. Pri susretu solarnog vetra sa magnetnim poljem, magnetno polje skreće poput vode oko pramca broda. Solarni vetar sferni oblik magnetosfere razvlači u dugi rep međuplanetarnom prostoru, na strani dalekoj od Sunca. Zato je Zemlja oljosnata na strani okrenutoj Suncu, a izdužena na suprotnoj strani. |
 Prilagođeno od Alec Baravik/Wikimedia Commons (CC0 1.0 DEED) |
 Mikael Stenberg/ Unsplash (Unsplash Licence) |
|
Odakle Zemlji magnetno polje? |
|
|
Postoji više teorija o poreklu magnetnog polja Zemlje. Teorija koja je najprihvaćenija poznata je pod imenom „dinamo efekt“. Prema ovoj teoriji u jezgru Zemlje postoji jedan dinamo, generator električne struje. Ako postoji generator električne struje, nameće nam se pitanje: Da li su elektricitet i magnetizam povezani? Odgovor je potvrdan. Magnetizam je povezan sa kretanjem naelektrisanja i obrnuto. |
 Wikipedia Commons (CC BY-SA 3.0 DEED) |
Pretpostavljamo da ste se sreli sa dinamom na biciklu, jer je zo mali generator električne struje za dobijanje svetla neophodnog za noćnu vožnju bicikla. |
|
 Raimond Spekking / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0) |
Kako dinamo na biciklu proizvodi svetlost? Dinamo pretvara mehaničku energiju okretanja točka u električnu energiju. Dok vozite bicikl, rotor prislonjen na točkove pokreće magnet koji se nalazi iznad gvozdenog jezgra na koga je namotana žica. Okretanjem magneta proizvodi se promenljivo magnetno polje, koje indukuje električnu struju u žici za sijalicu na biciklu.
|
|
|
Da li proces može biti i obrnut? Ovaj proces može biti i suprotan: Kretanjem naelektrisanja generiše se magnetno polje. Ako imate struju, ona će stvoriti magnetno polje. Upravo se baš to dešava u unutrašnjosti Zemlje. |
||
|
U srcu Zemlje nalazi se čvrsto metalno unutrašnje jezgro. Ono je okruženo spoljašnjim jezgrom od rastopljenih metala. Oba jezgra Zemlje čine uglavnom gvožđe i nikal. Toplota koja dolazi iz unutrašnjeg jezgra podstiče kretanja u rastopljenom metalu spoljašnjeg jezgra. Kretanje je prouzrokovano Zemljinom rotacijom i razlikom temperatura između unutrašnjeg jezgra i hladnijeg omotača, slično strujama u okeanima. Ovo strujanje tečnog gvožđa generiše električne struje, koje teku na komplikovan način i obrazuju električno polje, što zauzvat generiše magnetna polja. Ovo polje je poznato i pod imenom geomagnetsko polje. |
 Prilagođeno od A.shteiwi/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0 DEED) |
|
Da li je magnetno polje Zemlje menjalo svoju usmerenost? |
|
|
Magnetno polje Zemlje menja svoju usmerenost i to u pravilnim vremenskim razmacima, od između nekoliko desetina hiljada i nekoliko miliona godina. Zbog čega dolazi do promena magnetnog polja još uvek nema naučnog objašnjenja. Poznavanje promena u usmerenosti magnetnog polja tokom vremena (njegov istorijat) koristi se za određivanje starosti stena. |
|
Zemljino magnetno polje — naša zaštita od opasnog zračenja Sunca |
|
Zašto je magnetno polje značajno za život na Zemlji? |
|
 NASA’s Scientific Visualization Studio |
Zemljino magnetno polje je važna barijera koja nas štiti od štetnog dejstva Sunčevog vetra. Bez magnetosfere, solarni vetar bi udarao direktno na površinu planete. |
|
Šta bi se dogodilo kada bi magnetno polje Zemlje nestalo? |
|
Ako bi magnetno poje Zemlje bio slabije, na Zemlju bi stizalo mnogo intenzivnije zračenje od Sunca. Zemlja bi tada bila manje zaštićena od štetnog sunčevog zračenja. Ovo bi verovatno uticalo na sve oblike života na njoj. Kada bi magnetno polje potpuno nestalo, na Zemlju bi dospelo smrtonosno zračenje. Sav biljni i životinjski svet bio bi mrtav za nekoliko dana. |
|
Sunce neprekidno napuštaju brze čestice i elektromagnetno zračenje. Zračenje se kreće brzinom svetlosti i do Zemlje stiže za samo nekoliko minuta (oko 8 minuta). Čestice do Zemlje putuju duže, nekoliko dana, pošto se one kreću manjom brzinom (500 km/h). Ovaj stalni protok čestica naziva se solarni vetar. Od čega se sastoji Sunčev vetar? Sunčev vetar čine naelektrisane čestice: elektroni i pozitivno naelektrisane čestice (uglavnom protoni i jezgra helijuma). |
|
Sunčev vetar: |
| Sunčev vetar i magnetosfera | |
 Varjisakka/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)  Wikimedia Commons (Public Domain) |
Dolaskom do magnetosfere Zemljino magnetno polje skreće čestice iz sunčevog vetra u međuplanetarni prostor ili one bivaju zarobljene iznad polova. One čestice koje su zarobljene na polovima joniziraju gasove u atmosferi te nastaju vidljivi učinci — svetlucanje noćnog neba. Svetlucanje na severu naziva se Aurora Borealis, a na jugu Aurora Australis. Naučnici ih nazivaju polarna svetlost, pošto su obe ove aurore istog porekla. U zavisnosti od boje polarne svjetlosti može se govoriti koji je gas jonizovan — kiseonik, azot, ili neki treći. |
|
Aurora Borealis: |
|
Aurora Australis: |
