천문학

태양의 대기에는 스케일 높이가 있습니까?

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지구 대기의 대부분은 스케일 높이를 가지고 있습니다. $ h $ 지역 밀도가 다음과 같이 변하도록 대략 7-8km의 $ exp (-(r-r_0) / h) $ 여기서 r은 반경 벡터이고 $ r_0 $ 지구 표면 위의 기준 반경이 될 것입니다.

이 작업은 약 50km (스케일 높이 6 ~ 7 개)까지 작동합니다.

이 근사치의 유도는 일정한 온도에서 단순한 가스를 기반으로하며 아마도 태양 대기에 잘 적용되지 않을 것입니다.

그럼에도 불구하고, 스케일 높이 특성화가 최소한 몇 스케일 높이 범위에서 작동하는 방식으로 밀도가 대략 기하 급수적으로 변하는 태양 대기 영역이 있습니까?


밀도의 기하 급수적 인 감소는 유체 정 역학적 평형 상태에있는 가스가있을 때마다 자연스럽게 나타납니다. 스케일 높이 $ H $ 열 운동으로 인한 입자의 운동 에너지 사이의 균형에 의해 주어집니다. $ kT $, 입자의 중력 에너지, $ mg $. 이것은 종종 행성 및 항성 대기, 심지어 은하계에서도 좋은 근사치입니다. 그건, $$ H = frac {kT} {mg} $$ 어디 $ k $ 볼츠만 상수, $ T $ 온도, $ m $ 입자의 평균 질량입니다. $$ g = frac {GM} {r ^ 2} $$$ G $ 중력 상수, $ M $ 반경 안의 질량 $ r $.

우리 태양의 표면에서 $ g $ 운동하다 $ 274 , mathrm {m} , mathrm {s} ^ {-2} $, 지구보다 27 배나 높습니다.

평균 입자 질량은 원자의 질량에 비해 자유 전자의 작은 질량이 평균을 낮추기 때문에 금속성에 약하게 의존하며 대부분 가스의 이온화 상태에 의존합니다. 완전히 이온화 된 가스의 경우 평균 분자량 -즉, 수소 질량에 대한 질량- $ mu simeq 0.6 $, 반면 완전 중성 가스의 경우 (예 : Carroll & Ostlie 1996) $$ mu simeq frac {1} {X + Y / 4 + Z / 15.5} simeq 1.25, $$ 어디 $ X $, $ Y $, 및 $ Z $ 각각 수소, 헬륨 및 금속의 질량 분율입니다. 나는 처음에 가스가 완전히 이온화되었다고 잘못 썼지 만 그것은 사실이 아닙니다. 그것은 부분적으로 만 이온화되고 수소는 대체로 중성입니다.

입자의 평균 질량을 양성자 질량과 거의 같게 $ m_p $ (예 : 설정 $ mu = 1 $), 온도를 $ T = 5770 , mathrm {K} $, 스케일 높이는 따라서 $$ H_ odot = frac {kTR_ odot} {GM_ odot m_p} simeq 170 , mathrm {km}. $$$ mu = 0.6 $ 당신은 얻을 것이다 $ H simeq290 , mathrm {km} $, 동안 $ mu = 1.25 $ 수확량 $ H = 140 , mathrm {km} $.

사실적인 밀도 프로파일

위의 계산은 완전히 등방성 인 태양을 가정 할 때 매우 기본적인 것입니다. 그러나 1D와 3D의 관찰과보다 현실적인 모델은 표면에 걸쳐 상당히 큰 변화가 있지만 실제로 지수 밀도 프로파일을 예측합니다 (홀 아래에있는 태양 물리학 자 동료에 따르면). 이 강의 노트에서 노란색 곡선이 태양 대기의 수 밀도 프로파일을 보여주는 모델을 찾았습니다.

데이터를 추출하고 로그 선형 스케일로 플로팅하면 스케일 높이가 기하 급수적으로 감소하는 것과 합리적으로 일치 함을 보여줍니다. $ H = 140 , mathrm {km} , mathrm {s} ^ {-1} $:


대기 탈출

대기 탈출 행성의 대기 가스가 우주 공간으로 손실됩니다. 많은 다른 메커니즘이 대기 탈출을 담당 할 수 있습니다. 이러한 과정은 열 탈출, 비열 (또는 초열) 탈출 및 충격 침식으로 나눌 수 있습니다. 각 손실 과정의 상대적 중요성은 행성의 탈출 속도, 대기 구성 및 별과의 거리에 따라 다릅니다. 탈출은 분자 운동 에너지가 중력 에너지를 극복 할 때 발생합니다. 즉, 분자는 행성의 탈출 속도보다 빠르게 움직일 때 탈출 할 수 있습니다. 외계 행성의 대기 탈출 속도를 분류하는 것은 대기가 지속되는지, 따라서 외계 행성의 거주 가능성과 생명 가능성을 결정하는 데 필요합니다.


내용

특정 위치의 대기압은 해당 위치 위의 수직 대기 기둥의 무게에 의해 결정되는 표면에 수직 인 단위 면적당 힘입니다. 지구에서 기압의 단위는 101.325kPa (760 & # 160Torr 또는 14.696psi)로 정의되는 국제적으로 인정 된 표준 대기 (atm)를 기반으로합니다. 기압계로 측정됩니다.

대기압은 위의 가스 질량 감소로 인해 고도가 증가함에 따라 감소합니다. 대기압이 다음과 같이 감소하는 높이 이자형 (값이 2.71828 인 무리수)는 축척 높이라고하며 다음으로 표시됩니다. H. 온도가 균일 한 대기의 경우 스케일 높이는 온도에 비례하고 건조 공기의 평균 분자량과 해당 위치에서 국부적 인 중력 가속도의 곱에 반비례합니다. 이러한 모델 대기의 경우 고도가 증가함에 따라 압력이 기하 급수적으로 감소합니다. 그러나 대기는 온도가 균일하지 않으므로 특정 고도에서 대기압을 추정하는 것이 더 복잡합니다.


내용

그만큼 절대 공기 질량 다음과 같이 정의됩니다.

수직 방향으로 천정에서의 절대 기단 is :

마지막으로 상대 공기 질량 is :


공기 밀도가 균일하다고 가정하면 공기 밀도를 적분에서 제거 할 수 있습니다. 그런 다음 절대 공기 질량은 제품으로 단순화됩니다.

해당 단순화 된 상대 공기 질량에서 평균 밀도는 분수에서 상쇄되어 경로 길이의 비율로 이어집니다.

아래에서 논의되는 바와 같이 직선 전파 (광선 굽힘 무시)를 가정하면 추가 단순화가 종종 이루어집니다.

배경 편집

천정과 천체의 각도는 천정 각도 (천문학에서 일반적으로 천정 거리). 신체의 각도 위치는 다음과 같이 주어질 수도 있습니다. 고도, 기하학적 수평선 위의 각도, 고도 h < displaystyle h> 및 천정 각도 z < displaystyle z>는 따라서

대기 굴절은 대기로 들어오는 빛이 기하학적 경로보다 약간 더 긴 대략적인 원형 경로를 따르도록합니다. 공기 질량은 더 긴 경로를 고려해야합니다 (Young 1994). 또한 굴절은 천체가 실제 수평선보다 수평선 위에 더 높게 나타나게합니다. 실제 천정 각도와 겉보기 천정 각도의 차이는 호의 약 34 분입니다. 대부분의 공기 질량 공식은 겉보기 천정 각도를 기반으로하지만 일부는 실제 천정 각도를 기반으로하므로 특히 수평선 근처에서 올바른 값이 사용되는지 확인하는 것이 중요합니다. [2]

평면 평행 대기

천정각이 작거나 중간이면 균일 한 평면 평행 대기 (즉, 밀도가 일정하고 지구의 곡률이 무시되는 대기)를 가정하여 좋은 근사치를 제공합니다. 기단 X < displaystyle X> 다음은 천정각 z < displaystyle z>의 시컨트입니다.

천정각 60 °에서 공기 질량은 약 2입니다. 그러나 지구가 평평하지 않기 때문에이 공식은 정확도 요구 사항에 따라 최대 약 60 ° ~ 75 °의 천정각에만 사용할 수 있습니다. 더 큰 천정 각도에서는 정확도가 급격히 저하되며 X = sec z < displaystyle X = sec , z>가 수평선에서 무한이되어보다 사실적인 구형 대기의 수평선 공기 질량은 일반적으로 40 미만입니다.

보간 공식 편집

Young and Irvine (1967)은 다음과 같은 간단한 수정 용어를 포함하여 공기 질량의 표 형식 값을 맞추기 위해 많은 공식을 개발했습니다.

최대 85 °의 천정 각도에 대해 유용한 결과를 제공합니다. 이전 공식과 마찬가지로 계산 된 공기 질량은 최대 값에 도달 한 다음 수평선에서 음의 무한대에 접근합니다.

수평 기단이 40 인 높은 천정 각도에 대해 합리적인 결과를 제공합니다.

이는 최대 90 °의 천정각에 대해 합리적인 결과를 제공하며 수평선에서 약 38의 기단을 갖습니다. 두 번째 z < displaystyle z> 항은 다음과 같습니다. .

대기 모델 편집

보간 공식은 최소한의 계산 오버 헤드를 사용하여 공기 질량의 표 형식 값에 잘 맞도록 시도합니다. 그러나 표 형식 값은 지구와 대기의 기하학적 및 물리적 고려 사항에서 파생 된 측정 또는 대기 모델에서 결정되어야합니다.

비 굴절 구면 대기

상대 공기 질량은 다음과 같습니다.

균질 한 분위기 편집

대기가 균질하면 (즉, 밀도가 일정 함) 대기 높이 y a t m < displaystyle y _ < mathrm >> 정수 역학적 고려 사항에서 다음과 같이 나타납니다. [ 인용 필요 ]

여기서 k < displaystyle k>는 Boltzmann의 상수, T 0 < displaystyle T_ <0 >>은 해수면 온도, m < displaystyle m>은 공기의 분자 질량, g < displaystyle g>는 중력으로 인한 가속. 이것은 등온 대기의 압력 스케일 높이와 동일하지만 그 의미는 약간 다릅니다. 등온 대기에서 대기의 37 %는 균일 한 대기에서 압력 스케일 높이보다 높으며 대기 높이보다 높은 대기는 없습니다.

균일 한 구형 모델은 90 ° 미만의 천정 각도에서 값과 일치하도록 공기 질량을 설정하여보다 엄격한 모델에서 결정된 값에 대한 합리적인 전체적인 적합을 가질 수있는 수평선 근처의 공기 질량의 증가율을 약간 과소 평가합니다. 공기 질량 방정식을 재정렬하여

z < displaystyle z> = 88 °에서 Bemporad의 19.787 값과 일치하면 R E / y a t m < displaystyle R _ < mathrm > / y_ < mathrm >> ≈ 631.01 및 X h o r i z < displaystyle X _ < mathrm >> ≈ 35.54. R E < displaystyle R _ < mathrm에 대해 동일한 값 사용 >> 위와 같이 y a t m < displaystyle y _ < mathrm >> ≈ 10,096m.

균질 한 대기는 물리적으로 사실적인 모델은 아니지만 대기의 축척 높이가 행성의 반경에 비해 작은 한 근사치는 합리적입니다. 모델은 90 °보다 큰 각도를 포함하여 모든 천정 각도에서 사용할 수 있습니다 (즉, 발산하거나 0으로 이동하지 않음).보다 관찰자가 높은 균질 한 구형 대기 이하). 모델은 비교적 적은 계산 오버 헤드를 필요로하며 높은 정확도가 필요하지 않은 경우 합리적인 결과를 제공합니다. 그러나 천정각이 90 ° 미만인 경우 몇 가지 보간 공식을 사용하여 허용되는 공기 질량 값에 더 잘 맞을 수 있습니다.

가변 밀도 분위기 편집

실제 대기에서 밀도는 일정하지 않습니다 (평균 해수면 위의 고도에 따라 감소합니다. 위에서 논의한 기하학적 광 경로에 대한 절대 공기 질량은 해수면 관찰자에게

등온 대기

고도에 따른 밀도 변화에 대한 몇 가지 기본 모델이 일반적으로 사용됩니다. 가장 단순한 등온 분위기는

여기서 ρ 0 < displaystyle rho _ <0 >>은 해수면 밀도이고 H < displaystyle H>는 압력 눈금 높이입니다. 적분의 한계가 0이고 무한대이고 일부 고차 항이 삭제되면이 모델은 다음과 같이 산출됩니다 (Young 1974, 147).

굴절에 대한 대략적인 보정은 다음과 같이 할 수 있습니다 (Young 1974, 147).

8435m의 축척 높이, 6371km의 지구 평균 반지름을 사용하고 굴절 보정을 포함하여

다방 성 분위기

항온의 가정은 단순하며보다 현실적인 모델은 다방 성 대기입니다.

레이어드 분위기 편집

지구의 대기는 서로 다른 온도 및 밀도 특성을 가진 여러 층으로 구성됩니다. 일반적인 대기 모델에는 국제 표준 대기 및 미국 표준 대기가 포함됩니다. 많은 목적을위한 좋은 근사치는 6.5K / km의 감율을 가진 11km 높이의 다 열성 대류권과 무한 높이의 등온 성층권 (Garfinkel 1967)으로, 이는 국제 표준 대기의 처음 두 층에 매우 가깝습니다. 더 높은 정확도가 필요한 경우 더 많은 레이어를 사용할 수 있습니다. [6]

방사형 대칭 분위기의 굴절

대기 굴절을 고려할 때 광선 추적이 필요하고 [7] 절대 공기 질량 적분은 [8]

절대 공기 질량 적분으로의 재배치 및 대체는

관찰자가 높아진 균질 한 구형 대기

왼쪽과 오른쪽을 확장하고 공통 용어를 제거하고 재정렬하면

경로 길이에 대한 2 차 풀기 에스, 인수 분해 및 재 배열,

급진주의 음의 부호는 물리적으로 의미가없는 부정적인 결과를 제공합니다. 양수 부호 사용, y a t m < displaystyle y _ < mathrm >>, 공통 용어를 취소하고 재정렬하면 상대 공기 질량이 다음과 같이 제공됩니다.

관찰자의 고도가 0 일 때 공기 질량 방정식은 다음과 같이 단순화됩니다.

방목 발생의 한계에서 절대 기단은 수평선까지의 거리와 같습니다. 또한 관찰자가 상승하면 수평 천정 각도가 90 °보다 클 수 있습니다.

감쇠 종의 불균일 분포

정수 역학적 고려 사항에서 파생 된 대기 모델은 일정한 구성의 대기와 단일 멸종 메커니즘을 가정하며 이는 정확하지 않습니다. 감쇠의 세 가지 주요 원인이 있습니다 (Hayes and Latham 1975) : 공기 분자에 의한 Rayleigh 산란, 에어로졸에 의한 Mie 산란 및 분자 흡수 (주로 오존에 의한). 각 소스의 상대적 기여도는 해발 고도에 따라 다르며 에어로졸과 오존의 농도는 단순히 정수압을 고려하여 도출 할 수 없습니다.

엄밀히 말하면, 멸종 계수가 고도에 따라 달라지는 경우 Thomason, Herman 및 Reagan (1983)이 설명한대로 기단 적분의 일부로 결정되어야합니다. 그러나 타협 접근 방식은 종종 가능합니다. 폐쇄 형 표현을 사용하여 각 종의 멸종을 개별적으로 계산하는 방법은 Schaefer (1993) 및 Schaefer (1998)에 설명되어 있습니다. 후자의 참조에는 계산을 수행하기위한 BASIC 프로그램의 소스 코드가 포함되어 있습니다. 멸종에 대한 합리적으로 정확한 계산은 간단한 공기 질량 공식 중 하나를 사용하고 각 감쇠 종에 대한 멸종 계수를 별도로 결정하여 수행 할 수 있습니다 (Green 1992, Pickering 2002).

기단과 천문학

광학 천문학에서 공기 질량은 스펙트럼 흡수, 산란 및 밝기 감소의 직접적인 영향뿐만 아니라 시각 수차의 집계와 관련하여 관찰 된 이미지의 열화를 나타냅니다. 총체적으로 "보기"의 ​​품질이라고하는 대기 난기류의 결과입니다. [9] WHT (Wynne and Warsick 1988) 및 VLT (Avila, Rupprecht, Becker 1997)와 같은 더 큰 망원경에서는 대기 분산이 너무 심해서 망원경이 표적을 가리키는 데 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 경우 일반적으로 두 개의 프리즘으로 구성된 대기 분산 보상기가 사용됩니다.

적응 형 광학과 관련된 Greenwood 주파수 및 Fried 매개 변수는 모두 그 위의 공기 질량 (또는 더 구체적으로 천정 각도)에 따라 다릅니다.

전파 천문학에서 (광로 길이에 영향을 미치는) 공기 질량은 관련이 없습니다. 공기 질량으로 모델링 된 대기의 낮은 층은 광파보다 훨씬 낮은 주파수 인 전파를 크게 방해하지 않습니다. 대신 일부 전파는 대기 상층부의 전리층의 영향을받습니다. 신형 조리개 합성 전파 망원경은 하늘의 훨씬 더 큰 부분과 전리층을“볼”때 특히 영향을받습니다. 실제로 LOFAR는 이러한 왜곡 효과 (van der Tol 및 van der Veen 2007 de Vos, Gunst 및 Nijboer 2009)에 대해 명시 적으로 보정해야하지만, 대신 이러한 왜곡을 측정하여 전리층을 연구 할 수도 있습니다 (Thidé 2007). .

기단과 태양 에너지

태양 에너지 및 광전지와 같은 일부 분야에서 공기 질량은 추가로 AM으로 표시되며, 공기 질량의 값은 종종 AM에 값을 추가하여 제공되므로 AM1은 1의 공기 질량을 나타내고 AM2는 2의 공기 질량 등. 태양 복사의 대기 감쇠가없는 지구 대기 위의 지역은 "공기 질량 0"(AM0)을 갖는 것으로 간주됩니다.

태양 복사의 대기 감쇠는 결과적으로 모든 파장에 대해 동일하지 않으므로 대기를 통과하면 강도가 감소 할뿐만 아니라 스펙트럼 복사 조도가 변경됩니다. 광전지 모듈은 일반적으로 이러한 표준 스펙트럼의 1.5 (AM1.5) 공기 질량에 대한 스펙트럼 복사 조도를 사용하여 등급이 지정되며 ASTM G 173-03에 나와 있습니다. 외계 스펙트럼 복사 조도 (즉, AM0의 경우)는 ASTM E 490-00a에 나와 있습니다. [10]

수평선 근처에서 높은 정확도가 필요하지 않은 많은 태양 에너지 응용 분야에서 공기 질량은 일반적으로 평면-평행 대기 섹션에 설명 된 간단한 시컨트 공식을 사용하여 결정됩니다.


8.3 지구의 대기

우리는 지구를 감싸고있는 공기의 바다 밑바닥에 살고 있습니다. 중력의 힘으로 지구 표면을 무거워하는 대기는 과학자들이 1 bar ( 기압계, 대기압 측정에 사용되는 기기). 압력 막대는 지구 표면의 각 평방 센티미터가 1.03 킬로그램에 해당하는 무게를 가지고 있음을 의미합니다. 인간은이 압력에서 살아 가도록 진화하여 압력을 훨씬 낮추거나 높이고 우리는 제대로 기능하지 못합니다.

지구 대기의 총 질량은 약 5 × 10 18 킬로그램입니다. 이것은 많은 수처럼 들리지만 지구 전체 질량의 약 100 만분의 1에 불과합니다. 대기는 머리에있는 머리카락으로 표현되는 질량의 비율보다 지구의 작은 비율을 나타냅니다.

분위기의 구조

대기의 구조는 그림 8.12에 나와 있습니다. 대부분의 대기는 구름이 형성되고 비행기가 날아가는 바닥 10km 이내의 지구 표면 근처에 집중되어 있습니다. 대류권이라고하는이 지역 내에서 표면에 의해 가열 된 따뜻한 공기가 상승하고 하강하는 더 차가운 공기의 흐름으로 대체되는 것이 대류의 예입니다. 이 순환은 구름과 바람을 생성합니다. 대류권 내에서 온도는 성층권이 시작되는 상단 경계에서 빙점 이하 50 ° C 근처의 값으로 상승하면서 급격히 감소합니다. 표면에서 약 50km까지 뻗어있는 대부분의 성층권은 차갑고 구름이 없습니다.

성층권의 꼭대기 근처에는 오존층 (O3), 일반적인 두 개 대신 분자 당 세 개의 원자를 가진 무거운 형태의 산소. 오존은 자외선을 잘 흡수하기 때문에 태양의 위험한 자외선으로부터 표면을 보호하여 지구상에 생명체가 존재할 수 있도록합니다. 오존의 분해는 성층권에 열을 추가하여 대류권의 온도 감소 추세를 반전시킵니다. 오존은 우리의 생존에 필수적이기 때문에 우리는 1980 년대에 대기 오존이 인간 활동에 의해 파괴되고 있다는 사실이 분명해진 증거에 대해 정당한 우려로 대응했습니다. 국제적 합의에 따라 오존층 파괴를 유발하는 클로로 플루오로 카본 (CFC)이라고하는 산업용 화학 물질의 생산이 단계적으로 중단되었습니다. 그 결과 오존 손실이 멈추고 남극의“오존 구멍”이 점차 줄어들고 있습니다. 이것은 공동의 국제 행동이 지구의 거주 가능성을 유지하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 예입니다.

학습 링크

NASA의 과학 시각화 스튜디오를 방문하여 CFC가 규제되지 않았다면 2065 년까지 지구의 오존층에 무슨 일이 일어 났을 지에 대한 짧은 동영상을 확인하세요.

100km 이상의 높이에서는 대기가 너무 얇아 궤도를 도는 위성이 마찰이 거의없이 통과 할 수 있습니다. 많은 원자가 전자의 손실에 의해 이온화되며이 영역을 종종 전리층이라고합니다. 이 고도에서 개별 원자는 때때로 지구의 중력장에서 완전히 탈출 할 수 있습니다. 지속적이고 느린 대기의 누출, 특히 무거운 원자보다 빠르게 움직이는 경량 원자의 누출이 있습니다. 예를 들어, 지구의 대기는 우주로 빠져 나가는 수 소나 헬륨을 오래 버틸 수 없습니다. 지구 만이 대기 누출을 경험하는 행성이 아닙니다. 대기 누출은 또한 화성의 얇은 대기를 생성했습니다. 금성의 건조한 대기는 태양과의 근접성이 모든 물을 증발시키고 해리시켜 구성 가스가 공간으로 손실되어 진화했습니다.

대기 구성 및 기원

지구 표면에서 대기는 78 % 질소 (N2), 21 % 산소 (O2) 및 1 % 아르곤 (Ar), 미량의 수증기 (H2O), 이산화탄소 (CO2) 및 기타 가스. 다양한 양의 먼지 입자와 물방울도 공기 중에 떠있는 것으로 확인됩니다.

그러나 지구의 휘발성 물질에 대한 완전한 인구 조사에서는 현재 존재하는 가스보다 더 많은 것을 살펴 봐야합니다. 휘발성 물질 물질은 상대적으로 낮은 온도에서 증발하는 물질입니다. 지구가 조금 더 따뜻했다면 이제 액체이거나 고체 인 일부 물질이 대기의 일부가 될 수 있습니다. 예를 들어 지구가 물의 끓는점 (100 ° C 또는 373K) 이상으로 가열되었다고 가정 해 보겠습니다. 이는 인간에게는 큰 변화이지만 우주의 가능한 온도 범위에 비해 약간의 변화입니다. 100 ° C에서 바다는 끓고 결과 수증기는 대기의 일부가 될 것입니다.

방출되는 수증기의 양을 추정하려면 약 300 미터 깊이까지 지구 전체를 덮을 수있는 충분한 물이 있음을 유의하십시오. 10 미터의 물이 가하는 압력은 약 1 바와 같기 때문에 해저의 평균 압력은 약 300 바입니다. 물의 무게는 액체이든 증기 든 동일하므로 바다가 끓어 오르더라도 물의 대기압은 여전히 ​​300 바입니다. 따라서 물은 질소와 산소가 미량 성분의 상태로 감소하여 지구 대기를 크게 지배 할 것입니다.

더 따뜻한 지구에서는 지각의 퇴적 탄산염 암석에서 또 다른 대기원이 발견 될 것입니다. 이 미네랄에는 풍부한 이산화탄소가 포함되어 있습니다. 이 모든 암석이 가열되면 약 70 바의 CO를 방출합니다.2, 현재 CO보다 훨씬 더2 0.0005 bar의 압력. 따라서 따뜻한 지구의 대기는 수증기와 이산화탄소가 지배 할 것이며 표면 압력은 400 바에 가깝습니다.

몇 줄의 증거는 지구 대기의 구성이 우리 행성의 역사에 걸쳐 변화했음을 보여줍니다. 과학자들은 예를 들어 다양한시기에 형성되는 미네랄의 화학을 연구함으로써 대기 중 산소의 양을 추론 할 수 있습니다. 이 장의 뒷부분에서이 문제를 자세히 살펴 봅니다.

오늘 우리는 CO2, H2O, 이산화황 (SO2) 및 기타 가스는 화산 활동을 통해 지구 내 더 깊은 곳에서 방출됩니다. (CO2, 오늘날의 주요 공급원은 화석 연료의 연소로 훨씬 더 많은 CO를 방출합니다.2 그러나이 새로운 가스의 대부분은 판 구조론을 통해 제거 된 재활용 물질입니다. 그러나 우리 행성의 원래 분위기는 어디에서 왔습니까?

지구 대기와 해양의 원천에 대해 세 가지 가능성이 존재합니다. (1) 대기는 태양의 형성으로 인해 남겨진 잔해로부터 축적되어 나머지 지구와 함께 형성되었을 수 있습니다. (2) 화산 활동을 통한 내부, 지구 형성 이후 또는 (3) 태양계 외부 부분의 혜성과 소행성에 의한 충격에서 파생되었을 수 있습니다. 현재 증거는 내부 및 영향 소스의 조합을 선호합니다.

날씨와 기후

대기를 가진 모든 행성은 날씨, 이것은 우리가 대기의 순환에 부여하는 이름입니다. 날씨에 동력을 공급하는 에너지는 주로 표면을 가열하는 햇빛에서 비롯됩니다. 행성의 자전과 느린 계절적 변화는 지구의 다른 부분에 비치는 햇빛의 양에 변화를 일으 킵니다. 대기와 바다는 더운 지역에서 더 시원한 지역으로 열을 재분배합니다. 모든 행성의 날씨는 태양으로부터의 변화하는 에너지 입력에 대한 대기의 반응을 나타냅니다 (극적인 예는 그림 8.13 참조).

기후 수십 년 동안 지속되는 대기의 영향을 가리키는 데 사용되는 용어입니다. 기후의 변화 (1 년에서 다음 해까지의 무작위적인 날씨 변화와는 대조적으로)는 종종 단기간에 감지하기 어렵지만 누적되면 그 영향은 치명적일 수 있습니다. 한 가지 말은 "기후는 당신이 기대하는 것이고 날씨는 당신이 얻는 것입니다." 예를 들어 현대식 농업은 특히 기온과 강우에 민감합니다. 계산에 따르면 성장기 동안 2 ° C 만 떨어지면 캐나다와 미국에서 밀 생산량이 절반으로 줄어 듭니다. 다른 극단적 인 경우, 지구의 평균 기온이 2 ° C 상승하면 그린란드의 빙하를 포함한 많은 빙하를 녹여 해수면을 10 미터까지 높이고 많은 해안 도시와 항구에 범람 할 수 있습니다. , 그리고 작은 섬을 완전히 물 속에 넣습니다.

지구 기후의 가장 잘 기록 된 변화는 지난 50 만년 동안 북반구의 온도를 주기적으로 낮추어 온 대 빙하기입니다 (그림 8.14). 약 14,000 년 전에 끝난 마지막 빙하기는 약 20,000 년 동안 지속되었습니다. 그 높이에서 얼음은 보스턴에서 거의 2km 두께였으며 뉴욕시까지 남쪽으로 뻗어있었습니다.

이 빙하기는 주로 다른 행성의 중력 효과에 의해 생성 된 지구 회전축의 기울기 변화의 결과였습니다. 우리는 약 10 억년 전에 적어도 한 번 (아마 두 번) 바다 전체가 얼어 붙었다는 증거에 대해 확신하지 못합니다. 스노볼 지구.

지구상의 생명체의 발달과 진화는 또한 다음 섹션에서 보게 될 지구 대기의 구성과 온도에 변화를 가져 왔습니다.


태양의 대기에는 스케일 높이가 있습니까? -천문학

분위기와 자기권
지구와 달의

이상 기체 법칙은 온도 측면에서 기체 분자 (또는 원자)의 속도 분포를 설명하는 운동 온도 개념에 기반합니다. 뜨거운 가스는 차가운 가스보다 빠르게 움직이는 입자를 가지고 있습니다. 열 분포는 평형 분포입니다 ( Maxwellian 분포 )

동일한 에너지를 가진 입자 빔을 트랩으로 발사하고 탄 성적으로 충돌하여 평형 상태에 도달하도록 허용한다고 상상해보십시오. 표준 확률과 통계 (동전 던지기와 유사)로 인해 속도의 가우스 분포 (종형 곡선)가 나타납니다. 어떤 입자 분포 평형 단일 숫자로 매개 변수화 할 수있는 이러한 곡선이 있습니다. 온도. 속도의 3D 특성으로 인해 속도로 표현할 때 가우스는 다음과 같습니다.

    분포 피크 (가장 가능한 속도)는 1/2 mv 2 = kT , 또는
      V mp = [2kT / m] 1/2 .
      V rms = [3kT / m] 1/2 .

    이것을 행성 대기에 사용할 수있는 방법은 대기를 구성하는 가스 입자의 속도와 탈출 속도를 고려하는 것입니다.

    (10의 계수는 Maxwellian 분포의 고속 꼬리를 고려합니다).

    아래 그림은이 간단한 관계에 따라 서로 다른 태양계 본체에서 서로 다른 대기 구성 요소의 유지를 보여줍니다.
    대각선 파선은 관계를 보여줍니다. V이자형 > 10 Vrms 다른 대기를 위해
    성분. 점은 탈출 속도 (수직 축)와 평형을 나타냅니다.
    다른 태양계 본체의 온도 (수평축). 지구의 배치
    코스 동안 물은 보유 할 수 있지만 헬륨이나 수소는 보유 할 수 없음을 나타냅니다.
    태양계 시대의 Zeilik & amp Gregory에서 천문학 및 천체 물리학.

    탈 기체 또는 암석의 스 플레이션으로 인해 생성 된 달 주위에 남아있는 모든 원자는 짧은 시간 동안 만 지속되며 지속적으로 보충되어야합니다. 달의 대기는 10-14 기압에 불과한 놀랍도록 좋은 진공 상태입니다. 지구

    지구의 대기는 대부분 H와 He로 시작했을 것입니다. 그러나 이러한 입자의 속도로 인해 시간이 지남에 따라 탈출 할 수 있기 때문에 손실되었습니다. 새롭고 무거운 H의 분위기 2 오, 오 2 , N 2 및 CO 2 화산 활동으로 인해 가스가 배출되거나 혜성에 의해 이곳으로 옮겨졌습니다.

    우리는 이미 지구 내부뿐만 아니라 물론 대기에 대해서도 유지되는 정수압 평형 방정식을 도출했습니다. dP/박사 = -r

    대기 온도 구조 :

    대기의 온도가 약 10km 높이로 떨어지고 성층권에서 다시 상승하기 시작하는 이유는 무엇입니까? 이것은 대기의이 영역에 에너지를 축적하고 가열하는 태양의 자외선 (UV) 빛을 흡수하기 때문입니다. 이 영역은 위쪽 운동 (반전 층)에 안정적이기 때문에 성층권이라고합니다. 이는 구름이 기둥에서 상승하지 않고 지층과 같이 얇은 층으로 퍼져 있음을 의미합니다. Mesopause까지, 온도는 다시 감소하지만 태양으로부터의 X- 선 흡수로 인해 열권에서 다시 상승합니다. 이 "분위기"는 약 200km를 공전하는 우주 왕복선과 같은 지구 궤도가 낮은 위성의 높이보다 약간 낮습니다.
    자기장


    분위기

    분위기 원격 감지
    따뜻한 표면과 시원한 분위기, 방사선 검출기는 투명 파장의 표면과 불투명 파장의 다양한 대기 높이에서 열 복사를받습니다. 이를 통해 행성에 대한 온도 프로파일을 구성 할 수 있습니다. 분위기에스.

    분위기 -달

    달에는 숨을 쉴 공기도없고, 아폴로 우주 비행사들이 심은 깃발을 펄럭 일 수있는 바람도 없습니다. 그러나 달 표면에는 매우 얇은 가스층이 있는데, 이는 거의 분위기. 기술적으로는 외구로 간주됩니다.

    그만큼 분위기 of Earth는 일반적으로 공기라고 알려진 가스층으로, 행성 지구를 둘러싸고 지구의 중력에 의해 유지됩니다.

    매우 먼지가 많기 때문에 화성 탐사 로버의 표면 데이터에서 볼 때 화성의 하늘에 연한 갈색 또는 주황색-빨강 색상을 제공합니다. 이는 대략 1.5 마이크로 미터 직경의 부유 입자를 나타냅니다. [7] .

    화성과 명왕성의 좋아? (중급)
    하루 중 가장 더운 시간은 무엇입니까? (초보자)
    과거에 화성에서 액체 물이 존재하도록 허용 한 점은 무엇 이었습니까? (중급).

    밤과 낮의 온도 사이에 큰 변화가 있음을 알 수 있습니다.

    ) 및이 기간 동안 거의 일정한 고온 및 저온.

    대부분 가스상 이산화탄소 (96 %)입니다. 나머지 성분은 3 % 질소와 0.003 % 수증기입니다. 금성은 과거에 언젠가 많은 물을 가지고 있었지만 아마도 금성의 고온에서 끓었을 것입니다.

    . 행성의 크기가 작다는 것은 중력이 너무 약하다는 것을 의미합니다. 더 읽어보기
    수은의 자기권.

    워릭 대학의 천문학 자 데이비드 암스트롱 박사가 이끄는 과학자 팀은 케플러 -438b가 행성의 폭력적인 부모 별에서 방출 된 방사선의 결과로 제거 된 것으로 생각된다고 말했다.

    WASP-17b : 광학 고해상도 투과 분광기
    Sara Khalafinejad1,3,8, Michael Salz1, Patricio E. Cubillos2, George Zhou3, Carolina von Essen4, Tim-Oliver Husser5, Daniel DR Bayliss6, Mercedes L pez-Morales3, Stefan Dreizler5, J rgen HMM Schmitt1 및 Theresa L ftinger7.

    거대한 행성의 s
    내 하이라이트.

    s 및 자기장
    이 데이터는 National Space Science Data Center의 Fact Sheet 사이트에서 가져온 것입니다. Click on a planet's name to bring up the fact sheet at NSSDC. I have put together a list of links to excellent tours of each planet. 목록을 불러 오려면 여기를 클릭하십시오.

    discovered on neutron star
    에밀리 볼드윈 박사
    지금 천문학
    Posted: November 05, 2009 .

    and related weather processes, including the roles of buoyancy, convection and humidity.

    consists of a mixture of gases.

    s are complex, dynamic systems that evolve over time.
    Past Evolution:
    Condensation of H2O into the oceans.
    Locking up of CO2 into carbonaceous rocks
    Formation of O2 by photosynthesis in plants & algae
    This evolution continues into the present day.

    has changed significantly in the billions of years since its origin, the inventory of volatile elements on which it is based has not.

    further produces a thermal moderation of temperature over the whole Earth (resulting in less extreme temperatures both geographically and seasonally), shields the surface from life‐destroying ultraviolet, and is the source of necessary gases for life.
    The magnetosphere .

    s, the Vanishing Moon, and a Glow After Sunset
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    Shownotes .

    on our view of the sky is called "seeing," and it varies by location on the sky and over time.

    Found 39 Light-Years Away
    Since the 1990's, astronomers have discovered around two thousand planets located outside of our solar system, including gas giants, icy planets, and rocky worlds, most of which are orbiting outside of their parent star's habitable zone.

    Before MAVEN reached Mars, many scientists expected to see loss of hydrogen from the top of the

    occurring at a rather steady rate, with variation tied to changes in the solar wind's flow of charged particles from the Sun.

    Global Links
    The Sun Magnetic Fields Superheat Sun's

    of the Sun is so much hotter than its surface. Now they've solved the mystery.

    on either the Moon or Mercury, either spectroscopically from Earth or during close approaches by spacecraft. As discussed in More Precisely 8-1, this is a direct consequence of these bodies' weak gravitational fields.

    consists of mostly nitrogen and oxygen.

    to form distinct bands of colour, like swirling vortices and gigantic anticyclonic storms.
    Moons .

    and surface
    Like the other giant planets in our solar system, Uranus does not have a solid surface. Scientists believe that the interior is made up of a solid rocky core covered by a dense liquid layer of water and ammonia.

    - The air all around Earth.
    Black Hole - An object with gravity strong enough to suck anything into it, even light.
    천체-천체, 별, 유성체 등 하늘에 보이는 자연물

    All the gases which surround a star, like our Sun, or a planet, like our Earth.
    AXIS
    An imaginary straight line around which an object spins.

    Saturn is covered by a thick layer of cloud, stretched into bands around the planet by 1,100-mph winds. No animal or plant life from Earth could survive on Saturn, and NASA scientists doubt the planet is able to sustain life of its own.
    Temperature .

    - the layer of gases enveloping a celestial object
    Atom- the smallest part of an element that can take part in a chemical reaction most of the mass of the an atom is concentrated in its nucleus, which is about .000000000001 meters (.01 angstroms) across .

    , which is composed primarily of carbon dioxide with a small amount of nitrogen.

    is 120 miles thick and is composed mainly of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and a few other trace gases.

    : Mixture of gases that surround and are gravitationally attached to a planet.
    AU: (astronomical unit) The average Earth-Sun distance, equal to 149.5 million kilometers or 93 million miles.

    . A gaseous envelope surrounding a moon, planet, or star. It can have no definite boundary, but merely thins out until the density is no greater than that of surrounding space.

    is a layer of gas that is retained around an astronomical body by its gravitational attraction. The term is most commonly used in relation to planets.

    , such as rain, snow, sleet, hurricanes and all those other fun things.

    's temperature is low.
    . Some plants, like carnivorous plant
    Carnivorous plant .

    composed of three main layers. The lowest one is the photosphere and essentially all of the visible light we see from the Sun comes from this thin layer of gas. The Sun's density at the photosphere is very low and we can see about 400 km into the photosphere.

    The layer of gas enveloping a celestial object.
    ★ Aurora Curtains and arcs of light in the sky visible over mid-to-high latitudes.

    turbulence is primarily associated with the jet stream, which is normally confined to latitudes above 30 north or south of the equator at altitudes of around 10 km.

    contains the oxygen we breathe.
    Atoms Atoms are the building blocks of the Universe. All matter is made of these tiny particles. Your body contains billions and billions of atoms! .

    dynamics (if any)
    Discussions on a more specific region - like the polar regions or specific impact zones
    Geological dynamics like plate tectonics (if any) or volcanism (if any)
    Advanced topics can also be something along the lines of magnetic field studies or some other highly specialized topic.

    water vapor = 91%
    Best Photo of Enceladus
    Enceladus can be viewed with a decent-sized telescope.

    A layer of gas confined close to a planet's surface by the force of gravity.
    atom Building block of matter, composed of positively charged protons and neutral neutrons in the nucleus, surrounded by negatively charged electrons.

    destroyed 500,000 years ago during a civil war
    TOS: "Return to Tomorrow"
    Gambit, Part I" .

    comprised of substances that readily provide electrons.
    reduction - (n.) .

    are the temperature of the outer layers and the ESCAPE VELOCITY, which is dependent on the body's mass.

    stratified in parallel planes normal to the direction of gravity. [H76]
    Planet .

    is comprised of 3% nitrogen, 0.003% water vapor, and small quantities of other gases.

    along a relatively straight path.

    s of the terrestrial planets were created by three processes: outgassing (carbon dioxide and water vapor released by volcanoes), evaporation from ices at the surface, and bombardment by icy comets.

    has no sharp upper boundary. NASA calls anybody who's flown higher than 50 miles (80 km) an astronaut, but air drag is still much too strong at that elevation for a satellite to orbit.

    contains crystals of frozen ammonia.

    is constantly in motion. It is a mixture of gases, water vapour, dust and other suspended particles. All these impact on the ability of a telescope to receive light and to clearly resolve an image.
    Absorption .

    is deposited on the polar ice cap.

    (be it planetary or stellar), the scale height is the vertical distance over which the atmospheric pressure drops by a factor of e.
    Swinburne University에서 온라인으로 천문학 공부하기
    All material is Swinburne University of Technology except where indicated.

    is divided up into several layers: the troposphere from about 6 - 20 kilometres up the stratosphere from 20 - 50 kilometres the mesosphere from 50 - 85 kilometres the thermosphere from 85 - 690 kilometres and the exosphere out to about 10,000 kilometres.

    and no magnetic field, the Moon's surface is exposed directly to the solar wind. Over its 4 billion year lifetime many hydrogen ions from the solar wind have become embedded in the Moon's regolith. Thus samples of regolith returned by the Apollo missions proved valuable in studies of the solar wind.

    s of the solid worlds III: Magnetospheres, and the solar wind .

    of a planet
    Prograde Motion - The eastward (normal) revolution of a solar system body.
    Prograde Rotation - The eastward rotation of a solar system body .

    has fast winds blowing
    in opposite directions
    in adjacent wide bands
    of latitude (more on north
    and south polar images).

    of the Sun. It extends from the top of the chromosphere outwards until it merges with the interstellar medium some tens of astronomical units out from the Sun. The corona is a very rarefied plasma (mixture of ions and electrons) whose temperature can reach two or three million degrees.

    , the layer of oxygen ions (O3) lying 15 to 30 km high that protects the surface by absorbing ultraviolet rays.

    Parallax .

    of Mars. White water ice clouds, yellowish dust clouds, bluish limb hazes, and bright surface frosts have been studied with increasing interest in the past two decades. Clouds seem to be related to the seasonal sublimation and condensation of polar-cap material.

    made up of about 96-percent carbon dioxide, 3.5-percent .

    is mainly carbon dioxide (96%) with some argon and nitrogen. Temperatures on the surface vary from lows of -143 C (-225 F) at the polar caps and 35 C (95 F) at the equator during the summer.
    Mars Facts .

    has been lost to space
    It's covered in craters and has no flat areas
    Nope. Try again! .

    of Saturn's highest layers warps the light of the rings passing through it. The long duration of the Cassini mission allows many phenomena to be seen evolving over long periods, such as this storm in the south, and more recent storm in the north (another taken months later).

    .
    ATP Molecule - Adenosine triphosphate is a highly efficient energy-storage molecule within a cell.

    A gaseous envelope surrounding a planet, or the visible layers of a star also a unit of pressure(abbreviated atm) equal to the pressure of air at sea level on the Earth's surface.

    is 14.7 pounds per square inch standard atmospheric pressure at sea level on Earth. aurora A glow in a planet's ionosphere caused by the interaction between the planet's magnetic field and charged particles from the Sun.

    (the Corona) is hotter than 1,000,000°C (1,800,000°F) while the visible surface has a temperature of only about 6000°C (10,000°F). The nature of the processes that heat the corona, maintain it at these high temperatures, and accelerate the solar wind is a third great solar mystery.

    is called the corona. It is filled with electrically charged particles, whose movements are governed by the tangle of magnetic fields surrounding the sun.

    (composed of dust and/or various gases) surrounding its nucleus. The coma is rather tenuous (except very close to the nucleus), and stars can be occasionally easily seen through it, shining from behind.

    and Mars' distance from the Sun, this planet is cold today. Its temperatures range from -193 F (-125 C) to 23 F (-5 C), well under the freezing point of water and also cold enough to freeze carbon dioxide.

    that extends from about 50 to 300 miles above the surface of the planet and is made up of multiple layers dominated by electrically charged, or ionized, atoms.

    The photosphere is that portion of the sun's

    which emits the continuum radiation upon which the Fraunhofer lines are superimposed. In one sun model, the photosphere is thought to be below the reversing layer in which Fraunhofer absorption takes place.

    above the photosphere and beneath the transition region and the corona.

    GREENHOUSE EFFECT: An increase in temperature caused when incoming solar radiation is passed but outgoing thermal radiation is blocked by the

    . Carbon dioxide and water vapor are two of the major gases responsible for this effect.

    Escape velocity If an object leaves Earth's

    at about 11 km/sec (7 miles/second, or about 25000 miles/hour), it will escape the earth's gravity below this speed, it will eventually come back to earth. This speed is called the escape velocity of the earth.

    Aurora A colorful, rapidly varying glow in the sky caused by the collision of charged particles in the magnetosphere with atoms in the Earth's upper

    . Auroras are most often observed at high latitudes and are enhanced during geomagnetic storms.

    For a meteoroid, the heat of friction as it passes through the Earth's

    melts and removes those materials at the surface of the object. Achondrite A stony meteorite that does not have chondrules. Compositionally, they contain hypersthene, plagioclase, diopside, olivine, and nickel-iron.

    produces turbulence, and one of the observed effects is the twinkling of stars.
    Asteroid: an irregularly shaped celestial body made of rock and metal having a diameter of more than 100 metres.

    near a planet's poles. Caused by solar wind.
    Big Bang : Theory A theory which states that the universe began in an enormous explosion.

    It is formed at the end of a giant star's life when the core contracts ejecting the outer

    of the star creating both the white dwarf and the nebula. The intense radiation from the central white dwarf makes the nebula glow. Planetary nebulae disperse within 50 000 years.

    While seeming at first to be just another white, Vega-like class A (A2) dwarf, it's one with a difference, actually classed as "Am", showing it to be a "metallic-line star," one whose spectrum and thus outer

    are rich in a wide variety of metals, while depleted in others.

    Astronomy: the study of the physical universe beyond the earth's

    . Celestial: a description of things positioned in, or relating to the sky or outer space, as observed in astronomy. Chinese Zodiac: a rotating twelve year calendar based on the cycles of the moon.

    Pioneer Venus 1, launched in 1978 by NASA to explore the

    and surface of Venus, spent some time observing 1P/Halley in the ultraviolet during the comet's 1986 apparition.
    In 1986, Europe's first deep space mission, Giotto, sent back the first close-up images of a comet, in this case, the famous 1P/Halley.

    Meteor In particular, the light phenomenon which results from the entry into the Earth's

    of a solid particle from space.
    See also: Fireball, Meteor Shower, Meteorite, Meteoroid Meteor Shower A number of meteors with approximately parallel trajectories.


    The Corona

    The outermost part of the Sun’s atmosphere is called the corona. Like the chromosphere, the corona was first observed during total eclipses (Figure 9). Unlike the chromosphere, the corona has been known for many centuries: it was referred to by the Roman historian Plutarch and was discussed in some detail by Kepler.

    Figure 9. Coronagraph: This image of the Sun was taken March 2, 2016. The larger dark circle in the center is the disk the blocks the Sun’s glare, allowing us to see the corona. The smaller inner circle is where the Sun would be if it were visible in this image. (credit: modification of work by NASA/SOHO)

    The corona extends millions of kilometers above the photosphere and emits about half as much light as the full moon. The reason we don’t see this light until an eclipse occurs is the overpowering brilliance of the photosphere. Just as bright city lights make it difficult to see faint starlight, so too does the intense light from the photosphere hide the faint light from the corona. While the best time to see the corona from Earth is during a total solar eclipse, it can be observed easily from orbiting spacecraft. Its brighter parts can now be photographed with a special instrument—a coronagraph—that removes the Sun’s glare from the image with an occulting disk (a circular piece of material held so it is just in front of the Sun).

    Studies of its spectrum show the corona to be very low in density. At the bottom of the corona, there are only about 10 9 atoms per cubic centimeter, compared with about 10 16 atoms per cubic centimeter in the upper photosphere and 10 19 molecules per cubic centimeter at sea level in Earth’s atmosphere. The corona thins out very rapidly at greater heights, where it corresponds to a high vacuum by Earth laboratory standards. The corona extends so far into space—far past Earth—that here on our planet, we are technically living in the Sun’s atmosphere.


    Radiation, Atmospheric

    IV.D Longwave Absorption and Emission by the Surface and the Atmosphere

    The Earth's atmosphere is in contact with land and ocean surfaces, which vary greatly in their visible-light reflectance and absorptance properties. In many applications, their strong continuous absorption in the IR allows them to be treated as thermally emitting blackbodies.

    An ideal black surface emits radiation according to Planck's law:

    어디 h is Planck's constant, is the speed of light, 미디엄아르 자형 is the real index of refraction, and 케이 is Boltzmann's constant. The frequency-integrated hemispherical irradiance leaving a black surface is given by the Stefan–Boltzmann law F B B = ∫ 0 ∞ d v ∫ 2 π d ω cos θ I v B B = π ∫ 0 ∞ d v B v ( T ) = σ B T 4 where σ B = 2 π 5 k B 4 / 15 h 3 c 2 = 5.6703 × 10 − 8 [ W ⋅ m − 2 ⋅ K − 4 ] is the Stefan–Boltzmann constant.

    The spectral directional emittance is defined as the ratio of the energy emitted by a surface of temperature 에스 to the energy emitted by a blackbody at the same frequency and temperature ∈ ( v , Ω ˆ , T s ) ≡ I v e + ( Ω ˆ ) cos θ d ω / B v ( T s ) cos θ d ω = I v e + ( Ω ˆ ) / B v ( T s ) . In general, ∈ depends upon the direction of emission, the surface temperature, and the frequency of the radiation, as well as other physical properties of the surface (index of refraction, chemical composition, texture, etc.). A surface for which ∈ is unity for all Ω ˆ and ν, is a 흑체, by definition. A hypothetical surface for which ε = constant < 1 for all frequencies is a graybody. Similarly, we define the spectral directional absorptance as the ratio of absorbed energy to incident energy of the beam α ( v , − Ω ˆ ' , T s ) ≡ I v a − ( Ω ˆ ' ) cos θ ' d ω ' / I v − ( Ω ˆ ' ) cos θ ' d ω ' = I v a − ( Ω ˆ ' ) / I v − ( Ω ˆ ' ) . Kirchhoff's law states that for an opaque surface α ( v , − Ω ˆ , T s = ∈ ( v , Ω ― , T s ) . Finally, Kirchhoff's law for an extended medium such as the atmosphere relates the thermal volume emission coefficient j ν t h to the Planck function (assuming local thermodynamic equilibrium):


    Harvard Astronomy 16 Blog

    1. What can you use the Virial Theorem to derive? Go ahead and do the derivations!
    2. What is the temperature of a black marble placed in an orbit 2 AU away from the Sun?
    3. What is the Jeans Mass and Jeans Radius for a giant molecular cloud, how does they relate to star formation, and how do you derive these quantities? HINT: there are two methods
    4. What is the speed of a Jupiter-mass planet in orbit 1 AU from a 1 Msun star? How does this speed relate the the speed of the central star?
    5. What is the approximate relationship between the location of the habitable zone around a star and the mass of the star?
    6. What is the transit duration of a Jupiter-size planet around a 1 Msun star? How about for a 2 Msun star?
    7. What is the scale height of a planet's atmosphere? How does the scale height of a nitrogen-dominated atmosphere (like ours) compare to that of a pure hydrogen atmosphere?
    8. Two stars are in orbit around each other separated by 1 AU. Star A has a mass of 2 Msun while Star B has a mass of 0.5 Msun. What are their relative speeds? What are their relative semimajor axes? What are their orbital periods? If they eclipse, how long does the eclipse last (keep in mind that both stars are moving)?
    9. How can we use the Sun's spectrum, along with other observations of the Sun to measure the AU?
    10. Two planets orbit a Sun-like star. One planet has a radius of 1 Rjup, and the other has a radius equal to the Earth's. Compare the transit depths.
    11. How does the velocity of a star orbited by a planet depend on the mass of the planet, the semimajor axis of the orbit and the mass of the star?
    12. How fast is a particle moving in a gas cloud of temperature T?
    13. Astronomers often assume that the luminosity of a main-sequence star scales as $L sim M^4$. Where does this come from?
    14. The target field of the NASA 케플러 Mission was at an RA of 18 hours and a declination of +30. When does the target field cross the meridian at midnight? Can we observe stars in the 케플러 field from Cambridge tonight?
    15. What is the flux at the surface of a star of radius $R_star$ and temperature $T$? How does this flux change at a distance $d > R_star$?
    16. Check out the visual binary star Alberio by doing a Google images search. Compare the properties of the two stars.
    17. Why are red dwarf stars such good targets for searching for habitable-zone planets?
    18. What is the main sequence? How is luminosity related to effective temperature on the main sequence?
    19. If a star is 4 magnitudes brighter than another star, what is the flux ratio of the two stars? Try this question for various values of the magnitude difference.
    20. How does the flux of a star depend on its distance? How does its magnitude depend on distance?
    21. What are the (approximate) transit parameters of the following transit light curves assuming that all of the planets have 3-day orbits?
    22. Assuming the central star has a mass of 2 $M_Sun$, what are the properties of this planet? Compare your properties to that of Pollux b.
    23. How does the luminosity of a star depend on its temperature and radius?
    24. How does the surface flux of a star depend on it's temperature and radius?
    25. What is the speed of Jupiter compared to the speed of the Earth? Compare their momenta. Compare their kinetic energies.
    26. What is the diffraction limit of the human eye observing at 0.5 micron?
    27. What is the diffraction limit of a 100 meter telescope observing at 1mm?
    28. What is the angular diameter of the Sun as viewed from Saturn (approximately 9 AU)?
    29. What is the angular diameter of the Sun as viewed from alpha Centauri A (approximately 1 pc)?
    30. How many AU away is alpha Cen A?
    31. If the Sun were powered by gravitational collapse, how long would it shine at its current luminosity?
    32. How does the lifetime of a star scale with its mass? Look up the stars in the alpha Cen triple system on Wikipedia. Compare their lifetimes.

    Kelvin Temperature Scale Used in Astronomy

    The Kelvin scale is a temperature scale that is used a lot in astronomy. You probably know about the Celsius (or Centigrade) scale, which is part of the metric system of measures. If you live in the USA, you also know about the Fahrenheit scale, which is used in the English system of measures.

    Why do astronomers need another temperature scale? On Earth, the temperatures we feel most often are pretty much where water is liquid. A temperature scale that has "reasonable" numbers for "normal" temperatures makes sense for day-to-day use on Earth. For example, Earth's average temperature is around 15° C (49° F). Fifteen and 49 are pretty easy numbers to deal with. It wouldn't be so good if our temperature scale used really big numbers (like 6,437°) or really small numbers (like 0.052°) or negative numbers (like -147°) for normal temperatures. The Celsius and Fahrenheit scales are set up to have "reasonable" numbers for common temperatures on Earth.

    Temperatures in space are often much colder or much hotter than we are used to on Earth. Comets and icy moons have temperatures close to absolute zero. Stars can have temperatures of thousands of degrees or higher. The Kelvin temperature scale is good to use for really hot and cold places in space. There aren't any negative numbers in the Kelvin scale. That makes it good to use for really cold temperatures. The temperature on Saturn's icy moon Triton is around 38 kelvins (that's -235° C or -391° F).

    One degree in the Kelvin scale is "bigger" than a degree on the Fahrenheit scale. That means we can use smaller numbers for really hot things if we use the Kelvin scale. The core of the Sun has a temperature around 15 million kelvins, which is the same as 27 million degrees Fahrenheit. The Kelvin scale is good to use for both really cold and really hot things and places. That's why astronomers and space scientists use it a lot. Other kinds of scientists sometimes use the Kelvin scale too.


    비디오보기: მეცნიერებმა დიდიხანია იციან, რომ დედამიწის და კოსმოსური სხეულების შეჯახების ალბათობა არსებობს (이월 2023).