Albedo vode. Albedo efekt i globalno zatopljenje

Ukupno zračenje koje je dospjelo do površine zemlje djelomično se apsorbira u tlo i vodena tijela i pretvara u toplinu, troši se na isparavanje u oceanima i morima, a djelomično se reflektira u atmosferu (reflektirano zračenje). Omjer apsorbirane i reflektirane energije zračenja ovisi o prirodi kopna, o kutu upada zraka na površinu vode. Budući da je apsorbiranu energiju praktički nemoguće izmjeriti, određuje se vrijednost reflektirane energije.

Reflektivnost kopnenih i vodenih površina naziva se njihova albedo. Izračunava se kao postotak reflektiranog zračenja od upada na datu površinu, zajedno s kutom (točnije, sinusom kuta) upada zraka i količinom optičkih masa atmosfere kroz koju prolaze, jedan je od najvažnijih planetarnih čimbenika stvaranja klime.

Na kopnu je albedo određen bojom prirodnih površina. Sva zračenja mogu asimilirati potpuno crno tijelo. Površina zrcala reflektira 100% zraka i ne može se zagrijati. Od stvarnih površina, čisti snijeg ima najveći albedo. Ispod su albedo kopnenih površina po prirodnim zonama.

Klimatizirajuća vrijednost reflektivnosti različitih površina izuzetno je visoka. U ledenim zonama visokih geografskih širina, sunčevo zračenje, već oslabljeno prolaskom velikog broja optičkih masa atmosfere i padajući na površinu pod oštrim kutom, reflektira se vječnim snijegom.

Albedo vodene površine za izravno zračenje ovisi o kutu pod kojim na nju padaju sunčeve zrake. Vertikalne zrake prodiru duboko u vodu, a ona asimilira njihovu toplinu. Nagnute zrake iz vode reflektiraju se kao od zrcala i ne zagrijavaju se: albedo površine vode na visini Sunca od 90" je 2%, na visini Sunca od 20° - 78%.

Pogled s površine i zonski krajolici Albedo

Svježi suhi snijeg……………………………………………………… 80-95

Mokri snijeg……………………………………………………………………….. 60-70

Morski led…………………………………………………….. 30-40

Tundra bez snježnog pokrivača………………………….. 18

Stabilan snježni pokrivač u umjerenim geografskim širinama 70

Isti nestabilan…………………………………………………….. 38

Četinjača ljeti……………………………………………………. 10-15 (prikaz, stručni).

Isto, uz stabilan snježni pokrivač……….. 45

Listopadna šuma ljeti………………………………………………. 15-20 (prikaz, stručni).

Isto, sa žutim lišćem u jesen……………….. 30-40

Livada……………………………………………………………………… 15-25

Stepa ljeti………………………………………………………………….. 18

Pijesak različitih boja……………………………………………….. 25-35

Pustinja……………………………………………………………………………….. 28

Savannah u sušna sezona……………………………………… 24

Isto, u kišnoj sezoni………………………………………. osamnaest

Cijela troposfera…………………………………………………………… 33

Zemlja kao cjelina (planet)……………………………………………….. 45

Za raspršeno zračenje albedo je nešto manji.
Budući da 2/3 Zemljine površine zauzima ocean, asimilacija sunčeve energije površinom vode djeluje kao važan čimbenik koji stvara klimu.

Oceani u subpolarnim širinama asimiliraju samo mali dio sunčeve topline koja do njih dođe. Tropska mora, naprotiv, apsorbiraju gotovo svu sunčevu energiju. Albedo vodene površine, poput snježnog pokrivača polarnih zemalja, produbljuje zonsku diferencijaciju klime.

U umjerenom pojasu reflektivnost površina povećava razliku između godišnjih doba. U rujnu i ožujku Sunce je na istoj visini iznad horizonta, ali je ožujak hladniji od rujna, jer se sunčeve zrake odbijaju od snježnog pokrivača. Pojava najprije žutog lišća u jesen, a potom inja i prolaznog snijega povećava albedo i smanjuje temperaturu zraka. Stabilan snježni pokrivač uzrokovan niskim temperaturama ubrzava hlađenje i daljnje smanjenje zimskih temperatura.

Dugoročni albedo trend usmjeren je na hlađenje. Posljednjih godina satelitska mjerenja pokazuju blagi trend.

Promjena Zemljinog albeda potencijalno je snažan utjecaj na klimu. Kako se albedo ili reflektivnost povećava, više sunčeve svjetlosti se reflektira natrag u svemir. To ima učinak hlađenja na globalne temperature. Naprotiv, smanjenje albeda zagrijava planet. Promjena albeda od samo 1% daje učinak zračenja od 3,4 W/m2, usporediv s učinkom udvostručenja CO2. Kako je albedo utjecao na globalne temperature posljednjih desetljeća?

Albedo trendovi do 2000

Zemljin albedo određuje nekoliko čimbenika. Snijeg i led dobro reflektiraju svjetlost, pa kad se tope, albedo se smanjuje. Šume imaju niži albedo od otvorenih prostora, pa krčenje šuma povećava albedo (recimo da krčenje šuma neće zaustaviti globalno zatopljenje). Aerosoli imaju izravan i neizravan učinak na albedo. Izravan utjecaj je refleksija sunčeve svjetlosti u svemir. Neizravni učinak je djelovanje čestica aerosola kao središta kondenzacije vlage, što utječe na nastanak i vijek trajanja oblaka. Oblaci pak utječu na globalne temperature na nekoliko načina. Oni hlade klimu reflektirajući sunčevu svjetlost, ali također mogu imati učinak grijanja zadržavajući izlazno infracrveno zračenje.

Sve ove čimbenike treba uzeti u obzir pri zbrajanju različitih radijacijskih sila koje određuju klimu. Promjena namjene zemljišta izračunava se na temelju povijesnih rekonstrukcija promjena u sastavu usjeva i pašnjaka. Promatranja sa satelita i sa zemlje omogućuju utvrđivanje trendova u razini aerosola i albeda oblaka. Može se vidjeti da je albedo oblaka najjači faktor od raznih vrsta albeda. Dugoročni trend je prema hlađenju, utjecaj je -0,7 W/m2 od 1850. do 2000. godine.

Slika 1. Prosječna godišnja ukupna radijacija(Poglavlje 2 IPCC AR4).

Albedo trendovi od 2000.

Jedan od načina mjerenja Zemljinog albeda je pepeljasto svjetlo Mjeseca. Ovo je sunčeva svjetlost, koju prvo reflektira Zemlja, a zatim se noću reflektira natrag na Zemlju od strane Mjeseca. Svjetlost Mjesečevog pepela mjeri se u Solarnom opservatoriju Big Bear od studenog 1998. (brojna mjerenja su također obavljena 1994. i 1995.). Slika 2 prikazuje promjene albeda iz rekonstrukcije satelitskih podataka (crna linija) i mjerenja lunarnog pepela (plava linija) (Palle 2004).

Slika 2. Promjene u albedu rekonstruirane iz ISCCP satelitskih podataka (crna linija) i promjene u mjesečevoj svjetlosti pepela (crna linija). Desna okomita ljestvica prikazuje negativnu radijaciju (tj. hlađenje) (Palle 2004).

Podaci na slici 2 su problematični. Crna linija, rekonstrukcija satelitskih podataka ISCCP" je čisto statistički parametar i ima malo fizičkog značenja jer ne uzima u obzir nelinearne odnose između svojstava oblaka i površine i planetarnog albeda, niti uključuje promjene albeda aerosola, poput onih povezanih s planinom Pinatubo ili antropogenim emisijama sulfata(Prava klima).

Još je problematičniji albedo vrh oko 2003. godine, vidljiv u mjesečevoj plavoj pepeljastoj svjetlosnoj liniji. To je jako kontradiktorno satelitskim podacima koji u ovom trenutku pokazuju blagi trend. Za usporedbu, možemo se prisjetiti erupcije Pinatubo 1991. godine koja je ispunila atmosferu aerosolima. Ti su aerosoli reflektirali sunčevu svjetlost, stvarajući negativnu radijaciju od 2,5 W/m2. To je drastično snizilo globalnu temperaturu. Podaci o svjetlu pepela tada su pokazali ekspoziciju od gotovo -6 W/m2, što je trebalo značiti još veći pad temperature. Slični događaji se nisu dogodili 2003. godine. (Wielicki 2007).

2008. godine otkriven je razlog neslaganja. Opservatorij Big Bear instalirao je novi teleskop za mjerenje svjetla na Mjesecu 2004. godine. S novim poboljšanim podacima ponovno su kalibrirali svoje stare podatke i revidirali svoje procjene albeda (Palle 2008). Riža. 3 prikazuje stare (crna linija) i ažurirane (plava crta) vrijednosti albeda. Anomalni vrhunac iz 2003. je nestao. Ipak, trend povećanja albeda od 1999. do 2003. je očuvan.

Riža. 3 Promjena Zemljinog albeda prema mjerenjima mjesečeve pepeljaste svjetlosti. Crna crta je promjena albeda u odnosu na publikaciju iz 2004. (Palle 2004.). Plava linija - ažurirane promjene albeda nakon poboljšane procedure analize podataka, također uključuje podatke tijekom dužeg vremenskog razdoblja (Palle 2008).

Koliko je točno albedo određen iz mjesečeve pepeljaste svjetlosti? Metoda nije globalnog opsega. Utječe na oko trećinu Zemlje u svakom promatranju, neka područja uvijek ostaju "nevidljiva" s mjesta promatranja. Osim toga, mjerenja su rijetka i vrše se u uskom rasponu valnih duljina od 0,4-0,7 µm (Bender 2006).

Nasuprot tome, satelitski podaci kao što je CERES globalno su mjerenje Zemljinog kratkovalnog zračenja, uključujući sve učinke površinskih i atmosferskih svojstava. U usporedbi s mjerenjima svjetlosti pepela, oni pokrivaju širi raspon (0,3-5,0 µm). Analiza CERES podataka ne pokazuje dugoročni trend albeda od ožujka 2000. do lipnja 2005. godine. Usporedba s tri nezavisna skupa podataka (MODIS, MISR i SeaWiFS) pokazuje "izvanrednu usklađenost" za sva 4 rezultata (Loeb 2007a).

Riža. 4 Mjesečne promjene srednjeg toka CERES SW TOA i MODIS frakcije oblaka ().

Albedo je utjecao na globalne temperature - uglavnom u smjeru hlađenja u dugoročnom trendu. Što se tiče nedavnih trendova, podaci o ashlight-u pokazuju povećanje albeda od 1999. do 2003. s malim promjenama nakon 2003. Sateliti pokazuju male promjene od 2000. godine. Radijacijsko djelovanje zbog promjena albeda bilo je minimalno posljednjih godina.

Da bismo razumjeli procese koji utječu na klimu našeg planeta, prisjetimo se nekih pojmova.

efekt staklenika- to je povećanje temperature nižih slojeva atmosfere u usporedbi s temperaturom toplinskog zračenja planeta. Bit fenomena leži u činjenici da površina planeta apsorbira sunčevo zračenje, uglavnom u vidljivom rasponu i, zagrijavajući se, zrači ga natrag u svemir, ali već u infracrvenom rasponu. Atmosfera apsorbira značajan dio Zemljinog infracrvenog zračenja i djelomično ponovno zrači na Zemlju. Ovaj učinak međusobnog prijenosa topline zračenja u nižim slojevima atmosfere naziva se efekt staklenika. Efekt staklenika je prirodni element Zemljine toplinske ravnoteže. Bez efekta staklenika prosječna površinska temperatura planeta bila bi -19°C umjesto stvarnih +14°C. Različite nacionalne i međunarodne organizacije posljednjih desetljeća brane hipotezu da ljudska aktivnost dovodi do povećanja efekta staklenika, a time i do dodatnog zagrijavanja atmosfere. Istodobno, postoje alternativna gledišta, na primjer, povezivanje temperaturnih promjena u Zemljinoj atmosferi s prirodnim ciklusima sunčeve aktivnosti.(1)

Peto izvješće o procjeni Međuvladinog panela za klimatske promjene (2013.-2014.) navodi da je, s vjerojatnošću većom od 95%, ljudski utjecaj dominantan uzrok zatopljenja koji se promatra od sredine 20. stoljeća. Konzistentnost uočenih i izračunatih promjena u cijelom klimatskom sustavu ukazuje da su opažene klimatske promjene uzrokovane prvenstveno povećanjem atmosferskih koncentracija stakleničkih plinova uslijed ljudskih aktivnosti.

Trenutne klimatske promjene u Rusiji u cjelini treba okarakterizirati kao nastavak zatopljenja po stopi koja je dva i pol puta veća od prosječne stope globalnog zatopljenja.(2)

difuzna refleksija- ovo je odraz svjetlosnog toka koji pada na površinu, pri čemu se refleksija događa pod kutom različitim od upada. Difuzna refleksija postaje ako su površinske nepravilnosti reda valne duljine (ili je prelaze) i raspoređene su nasumično. (3)

Zemaljski albedo(A.Z.) - Postotak sunčevog zračenja kojeg globus (zajedno s atmosferom) odaje natrag u svjetski prostor, do sunčevog zračenja koje je stiglo na granicu atmosfere. Povrat sunčevog zračenja od strane Zemlje sastoji se od refleksije od zemljine površine, raspršivanja izravnog zračenja atmosfere u svjetski prostor (backscattering) i refleksije s gornje površine oblaka. A. 3. u vidljivom dijelu spektra (vizualni) - oko 40%. Za integralni tok sunčevog zračenja integral (energija) A. 3. iznosi oko 35%. U nedostatku oblaka, vizualni A. 3. bio bi oko 15%. (4)

Spektralni raspon elektromagnetskog zračenja Sunca- proteže se od radio valova do X-zraka. Međutim, maksimum njegovog intenziteta pada na vidljivi (žuto-zeleni) dio spektra. Na granici Zemljine atmosfere ultraljubičasti dio sunčevog spektra je 5%, vidljivi dio je 52%, a infracrveni dio je 43%, na površini Zemlje ultraljubičasti dio je 1%, vidljivi dio je 40% a infracrveni dio sunčevog spektra iznosi 59%. (5)

solarna konstanta- ukupna snaga sunčevog zračenja koja prolazi kroz jedno područje, orijentirano okomito na tok, na udaljenosti od jedne astronomske jedinice od Sunca izvan Zemljine atmosfere. Prema ekstraatmosferskim mjerenjima, solarna konstanta je 1367 W/m².(3)

Površina zemlje– 510.072.000 km2.

1. Glavni dio.

Promjene trenutne klime (u smjeru zatopljenja) nazivaju se globalnim zatopljenjem.

Najjednostavniji mehanizam globalnog zatopljenja je sljedeći.

Sunčevo zračenje, koje ulazi u atmosferu našeg planeta, u prosjeku se reflektira za 35%, što je integralni albedo Zemlje. Veći dio ostatka apsorbira površina, koja se zagrijava. Ostatak uzimaju biljke fotosintezom.

Zagrijana površina Zemlje počinje zračiti u infracrvenom području, ali to zračenje ne bježi u svemir, već ga odgađaju staklenički plinovi. Nećemo razmatrati vrste stakleničkih plinova. Što je više stakleničkih plinova, to više topline zrače natrag u Zemlju, a time i prosječna temperatura Zemljine površine postaje viša.

Pariški sporazum, sporazum u okviru Okvirne konvencije Ujedinjenih naroda o klimatskim promjenama, bavi se potrebom da se "održi rast globalne srednje temperature 'dosta ispod' 2°C i 'uloži napore' da se povećanje temperature ograniči na 1,5°C". No u njemu, osim smanjenja emisije stakleničkih plinova, ne postoji algoritam za rješavanje ovog problema.

S obzirom da su Sjedinjene Američke Države istupile iz ovog sporazuma 01. lipnja 2017., potreban je novi međunarodni projekt. I Rusija to može ponuditi.

Glavna prednost novog sporazuma trebao bi biti jasan i učinkovit mehanizam za ublažavanje utjecaja stakleničkih plinova na klimu Zemlje.

Najzanimljiviji način smanjenja utjecaja stakleničkih plinova na klimu može biti povećanje prosječnog albeda Zemlje.

Pogledajmo to pobliže.

U Rusiji ima oko 625.000 km cesta prekrivenih asfaltom, u Kini i SAD-u - ukupno red veličine više.

Čak i ako pretpostavimo da su sve ceste u Rusiji jednotračne i kategorije 4 (što je samo po sebi apsurdno), tada će minimalna širina biti 3 m (prema SNiP 2.07.01-89). Površina ceste iznosit će 1875 km2. Ili 1.875.000.000 m2.

Solarna konstanta izvan atmosfere, kako se sjećamo, iznosi 1,37 kW/m2.

Da pojednostavimo, uzmimo srednji pojas, gdje će sunčeva energija na površini zemlje (prosječna vrijednost za godinu) biti približno jednaka 0,5 kW/m2.

Dobijamo da snaga sunčevog zračenja na cestama Ruske Federacije pada 937 500 000 vata.

Sada dijelimo ovaj broj sa 2. Zemlja se vrti. Ispada 468 750 000 vata.

Prosječni integralni albedo asfalta je 20%.

Dodavanjem pigmenta ili razbijenog stakla vidljivi albedo asfalta može se povećati i do 40%. Pigment mora spektralno odgovarati rasponu zračenja naše zvijezde. Oni. imaju žuto-zelene boje. Ali, u isto vrijeme – ne pogoršati fizičke karakteristike asfalt betona i biti što jeftiniji i lakši u sintezi.

Postupnom zamjenom starog asfalt betona novim, u procesu prirodnog trošenja prvog, ukupno povećanje snage reflektiranog zračenja iznosit će 469 MW x 0,4 (vidljivi dio sunčevog spektra) x0,2 ( razlika između starog i novog albeda) 37,5 MW.

Ne uzimamo u obzir infracrvenu komponentu spektra, jer apsorbirati će ga staklenički plinovi.

U cijelom svijetu ta će vrijednost biti veća od 500 MW. To je 0,00039% ukupne dolazne snage zračenja na Zemlju. A da bi se uklonio efekt staklenika, potrebno je odraziti snagu za 3 reda veličine više.

Situacija na planeti će se pogoršati i otapanje ledenjaka, jer. albedo im je vrlo visok.

Ukupno zračenje koje dopire do Zemljine površine ono se ne apsorbira u potpunosti, već se djelomično odbija od zemlje. Stoga je pri proračunu dolaska sunčeve energije za neko mjesto potrebno uzeti u obzir reflektivnost zemljine površine. Refleksija zračenja također se događa s površine oblaka. Omjer cjelokupnog toka kratkovalnog zračenja Rk reflektiranog od dane površine u svim smjerovima i toka zračenja Q koji pada na ovu površinu naziva se albedo(A) zadana površina. Ova vrijednost

pokazuje koliki se dio energije zračenja koja upada na površinu reflektira od nje. Albedo se često izražava u postocima. Zatim

(1.3)

U tablici. Br. 1.5 daje vrijednosti albeda za različite vrste zemljine površine. Iz podataka u tablici. 1.5 pokazuje da svježe pali snijeg ima najveću refleksivnost. U nekim slučajevima opažen je snježni albedo do 87%, a u uvjetima Arktika i Antarktika čak i do 95%. Zbijeni, otopljeni i još zagađeniji snijeg odbija puno manje. Albedo raznih tala i vegetacije, kako slijedi iz tab. 4, relativno se malo razlikuju. Brojne studije su pokazale da se albedo često mijenja tijekom dana.

Najveće vrijednosti albeda uočavaju se ujutro i navečer. To se objašnjava činjenicom da reflektivnost hrapavih površina ovisi o kutu upada sunčeve svjetlosti. Uz vertikalni pad, sunčeve zrake prodiru dublje u vegetacijski pokrivač i tamo se upijaju. Na maloj visini sunca, zrake manje prodiru u vegetaciju i u većoj se mjeri odbijaju od njezine površine. Albedo vodenih površina je u prosjeku manji od albeda kopnene površine. To se objašnjava činjenicom da sunčeve zrake (kratkovalni zeleno-plavi dio sunčevog spektra) u velikoj mjeri prodiru u za njih prozirne gornje slojeve vode, gdje se raspršuju i upijaju. U tom smislu, stupanj njegove zamućenosti utječe na refleksivnost vode.

Tablica broj 1.5

Za onečišćenu i zamućenu vodu albedo se značajno povećava. Za raspršeno zračenje albedo vode je u prosjeku oko 8-10%. Za izravno sunčevo zračenje albedo površine vode ovisi o visini sunca: sa smanjenjem visine sunca povećava se vrijednost albeda. Dakle, uz samu incidenciju zraka, reflektira se samo oko 2-5%. Kada je sunce nisko iznad horizonta, reflektira se 30-70%. Reflektivnost oblaka je vrlo visoka. Prosječni albedo oblaka je oko 80%. Poznavajući vrijednost albeda površine i vrijednost ukupnog zračenja, moguće je odrediti količinu zračenja koju apsorbira određena površina. Ako je A albedo, tada je vrijednost a \u003d (1-A) koeficijent apsorpcije dane površine, koji pokazuje koji dio zračenja upadnog na ovu površinu apsorbira.

Na primjer, ako ukupni tok zračenja Q = 1,2 cal / cm 2 min padne na površinu zelene trave (A \u003d 26%), tada će postotak apsorbiranog zračenja biti

Q \u003d 1 - A \u003d 1 - 0,26 \u003d 0,74, ili a \u003d 74%,

i količinu apsorbiranog zračenja

B apsorbira \u003d Q (1 - A) \u003d 1,2 0,74 \u003d 0,89 cal / cm2 min.

Albedo površine vode uvelike ovisi o kutu upada sunčevih zraka, budući da čista voda reflektira svjetlost prema Fresnelovom zakonu.

gdje Z P – zenitnog kuta sunca Z 0 je kut loma sunčevih zraka.

Na položaju Sunca u zenitu, albedo površine mirnog mora iznosi 0,02. S povećanjem zenitnog kuta Sunca Z P albedo se povećava i doseže 0,35 at Z P\u003d 85. Uzbuđenje mora dovodi do promjene Z P , i značajno smanjuje raspon vrijednosti albeda, budući da se u velikoj mjeri povećava Z n zbog povećanja vjerojatnosti udaranja zraka u nagnutu valnu površinu.Uzbuđenje utječe na refleksivnost ne samo zbog nagiba valne površine u odnosu na sunčeve zrake, već i zbog stvaranja mjehurića zraka u vodi. Ti mjehurići u velikoj mjeri raspršuju svjetlost, povećavajući difuzno zračenje koje izlazi iz mora. Stoga za vrijeme velikih morskih valova, kada se pojavljuju pjena i janjci, albedo se povećava pod utjecajem oba faktora.Raspršeno zračenje ulazi u površinu vode pod različitim kutovima.nebo bez oblaka. Ovisi i o rasporedu oblaka na nebu. Stoga albedo morske površine za difuzno zračenje nije konstantan. Ali granice njegovih fluktuacija su uže 1 od 0,05 do 0,11. Posljedično, albedo površine vode za ukupno zračenje varira ovisno o visini Sunca, omjeru između izravnog i raspršenog zračenja, morskih površinskih valova. imajući na umu da su sjeverni dijelovi oceana jako prekriveni morskim ledom. U tom slučaju mora se uzeti u obzir i albedo leda. Kao što znate, značajna područja zemljine površine, osobito u srednjim i visokim geografskim širinama, prekrivena su oblacima koji jako reflektiraju sunčevo zračenje. Stoga je poznavanje albeda oblaka od velikog interesa. Posebna mjerenja albeda oblaka provedena su uz pomoć zrakoplova i balona. Pokazali su da albedo oblaka ovisi o njihovom obliku i debljini.Albedo oblaka altokumulusa i stratokumulusa ima najveće vrijednosti.oblaci Cu – Sc – oko 50%.

Najpotpuniji podaci o albedu oblaka dobiveni u Ukrajini. Ovisnost albeda i prijenosne funkcije p o debljini oblaka, koja je rezultat sistematizacije mjernih podataka, data je u tablici. 1.6. Kao što se može vidjeti, povećanje debljine oblaka dovodi do povećanja albeda i smanjenja prijenosne funkcije.

Prosječni albedo za oblake Sv s prosječnom debljinom od 430 m iznosi 73%, za oblake Ss pri prosječnoj debljini od 350 m - 66%, a funkcije prijenosa za ove oblake su 21 odnosno 26%.

Albedo oblaka ovisi o albedu zemljine površine. r 3 nad kojim se oblak nalazi. S fizičke točke gledišta, jasno je da što više r 3 , što je veći tok reflektiranog zračenja koje prolazi prema gore kroz gornju granicu oblaka. Budući da je albedo omjer ovog toka prema dolaznom, povećanje albeda zemljine površine dovodi do povećanja albeda oblaka.Proučavanje svojstava oblaka da reflektiraju sunčevo zračenje provedeno je pomoću umjetnih Zemljinih satelita. mjerenjem svjetline oblaka Prosječne vrijednosti albeda oblaka dobivene iz ovih podataka date su u tablici 1.7.

Tablica 1.7 - Prosječne vrijednosti albeda oblaka različitih oblika

Prema tim podacima, albedo oblaka kreće se od 29 do 86%. Zanimljiva je činjenica da cirusni oblaci imaju mali albedo u usporedbi s drugim oblicima oblaka (s izuzetkom kumulusa). Samo cirostratusni oblaci, koji su deblji, u velikoj mjeri reflektiraju sunčevo zračenje (r= 74%).

Problem opasnosti od asteroida i kometa, odnosno opasnost od sudara Zemlje i malih tijela Sunčevog sustava, danas je prepoznat kao složen globalni problem s kojim se čovječanstvo suočava. Ova kolektivna monografija po prvi put sažima podatke o svim aspektima problema. Razmatraju se suvremene ideje o svojstvima malih tijela Sunčevog sustava i evoluciji njihovog ansambla, problemi detekcije i praćenja malih tijela. Razmatraju se pitanja procjene razine ugroženosti i mogućih posljedica pada tijela na Zemlju, načini zaštite i smanjenja štete, kao i načini razvoja domaće i međunarodne suradnje na ovom globalnom problemu.

Knjiga je namijenjena širokom krugu čitatelja. Znanstvenici, nastavnici, diplomanti i studenti raznih specijalnosti, među kojima su, prije svega, astronomija, fizika, znanosti o Zemlji, svemirski tehničari i, naravno, čitatelji zainteresirani za znanost, pronaći će puno zanimljivih stvari za sebe.

Knjiga:

<<< Назад

Naprijed >>>

Asteroidi, kao i sva tijela Sunčevog sustava osim središnjeg tijela, sjaje reflektiranom svjetlošću Sunca. Prilikom promatranja oko registrira svjetlosni tok koji asteroid raspršuje prema Zemlji i prolazi kroz zjenicu. Karakteristika subjektivnog osjeta svjetlosnog toka različitog intenziteta koji dolazi od asteroida je njihov sjaj. Upravo se ovaj izraz (a ne svjetlina) preporučuje za korištenje u znanstvenoj literaturi. Zapravo, oko reagira na osvjetljenje mrežnice, tj. na svjetlosni tok po jedinici površine područja okomitog na liniju vida, na udaljenosti od Zemlje. Osvjetljenje je obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti asteroida od Zemlje. S obzirom da je tok koji asteroid raspršuje obrnuto proporcionalan kvadratu njegove udaljenosti od Sunca, može se zaključiti da je osvjetljenje na Zemlji obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti asteroida do Sunca i Zemlje. Dakle, ako označimo osvjetljenje koje stvara asteroid koji se nalazi na udaljenosti r od Sunca i? sa Zemlje, kroz E, i kroz E 1 - osvjetljenje koje stvara isto tijelo, ali se nalazi na jediničnoj udaljenosti od Sunca i od Zemlje, tada

E \u003d E 1 r -2? -2 . (3.2)

U astronomiji, osvjetljenje se obično izražava u zvjezdanim veličinama. Interval osvjetljenja jedne veličine je omjer osvjetljenja stvorenih od dva izvora, u kojem je osvjetljenje iz jednog od njih 2,512 puta veće od osvjetljenja koje stvara drugi. U općenitijem slučaju, Pogsonova formula vrijedi:

E m1 /E m2 = 2,512 (m2-m1) , (3,3)

gdje je E m1 - osvjetljenje iz izvora magnitude m 1, E m2 - osvjetljenje iz izvora veličine m 2 (što je osvjetljenje manje, to je veličina veća). Iz ovih formula slijedi ovisnost svjetline asteroida m, izražene u magnitudama, o udaljenosti r od Sunca i? sa zemlje:

m = m 0 + 5 lg(r?), (3.4)

gdje je m 0 takozvana apsolutna magnituda asteroida, brojčano jednaka veličini koju bi asteroid imao na udaljenosti od 1 AJ. od Sunca i Zemlje i pri nultom faznom kutu (sjetimo se da je fazni kut kut kod asteroida između smjerova prema Zemlji i prema Suncu). Očito se takva konfiguracija od tri tijela ne može realizirati u prirodi.

Formula (3.4) ne opisuje u potpunosti promjenu svjetline asteroida tijekom njegovog orbitalnog kretanja. Zapravo, svjetlina asteroida ne ovisi samo o njegovoj udaljenosti od Sunca i Zemlje, već i o faznom kutu. Ova ovisnost povezana je, s jedne strane, s prisutnošću oštećenja (dio asteroida koji nije osvijetljen Suncem) kada se promatra sa Zemlje pod faznim kutom koji nije nula, as druge strane, s mikro - i makrostruktura površine.

Mora se imati na umu da se asteroidi Glavnog pojasa mogu promatrati samo pod relativno malim faznim kutovima, do oko 30°.

Sve do 80-ih godina. 20. stoljeće Vjerovalo se da dodavanje člana proporcionalnog faznom kutu formuli (3.4) omogućuje prilično dobro uzimanje u obzir promjene svjetline ovisno o faznom kutu:

m = m0 + 5 lg(r?) + k?, (3.5)

gdje? - fazni kut. Koeficijent proporcionalnosti k, iako je različit za različite asteroide, uglavnom varira u rasponu od 0,01-0,05 m/°.

Povećanje veličine m s povećanjem faznog kuta prema formuli (3.5) je linearno, m 0 je ordinata točke presjeka fazne krivulje (zapravo ravne) s vertikalom na r = ? = 1 i? = 0°.

Novije studije su pokazale da je fazna krivulja asteroida složena. Linearno smanjenje svjetline (povećanje veličine objekta) s povećanjem faznog kuta odvija se samo u rasponu od približno 7° do 40°, nakon čega počinje nelinearno smanjenje. S druge strane, pri faznim kutovima manjim od 7° dolazi do takozvanog efekta opozicije – nelinearnog povećanja svjetline sa smanjenjem faznog kuta (slika 3.15).

Riža. 3.15. Magnituda u odnosu na fazni kut za asteroid (1862) Apollo

Od 1986., za izračunavanje prividne veličine asteroida u V zrakama (vizualni pojas spektra fotometrijskog sustava UBV) koristi se složenija poluempirijska formula koja omogućuje točnije opisivanje promjene svjetline u rasponu faznih kutova od 0° do 120° . Formula izgleda tako

V = H + 5 lg(r?) - 2,5 lg[(1 - G)? 1+G? 2]. (3.6)

Ovdje je H apsolutna magnituda asteroida u V snopovima, G je takozvani parametar nagiba, ? 1 i? 2 - funkcije faznog kuta definirane sljedećim izrazima:

I = exp ( - A i B i ), i = 1, 2,

A 1 = 3,33, A 2 = 1,87, B 1 = 0,63, B 2 = 1,22.

Nakon što su elementi orbite određeni i, prema tome, r, ? i? može se izračunati, formula (3.6) omogućuje pronalaženje apsolutne zvjezdane veličine ako postoje opažanja prividne zvjezdane veličine. Za određivanje parametra G potrebna su promatranja prividne veličine pri različitim faznim kutovima. Trenutno je vrijednost parametra G određena promatranjima za samo 114 asteroida, uključujući nekoliko NEA. Pronađene vrijednosti G variraju od –0,12 do 0,60. Za druge asteroide pretpostavlja se da je G vrijednost 0,15.

Tok sunčeve energije zračenja u vidljivom rasponu valnih duljina koji upada na površinu asteroida obrnuto je proporcionalan kvadratu njegove udaljenosti od Sunca i ovisi o veličini asteroida. Taj tok djelomično apsorbira površina asteroida, zagrijavajući ga, a djelomično se raspršuje u svim smjerovima. Omjer toka raspršenog u svim smjerovima i upadnog toka naziva se sferni albedo A. Karakterizira refleksivnost površine asteroida.

Sferni albedo se obično predstavlja kao proizvod dvaju čimbenika:

Prvi faktor p, nazvan geometrijski albedo, omjer je svjetline stvarnog nebeskog tijela pod nultim faznim kutom i svjetline apsolutno bijelog diska istog polumjera kao i nebesko tijelo, smještenog okomito na sunčeve zrake u istu udaljenost od Sunca i Zemlje kao i samo nebesko tijelo.tijelo. Drugi faktor q, nazvan fazni integral, ovisi o obliku površine.

U suprotnosti sa svojim imenom, geometrijski albedo određuje ovisnost raspršenja upadnog toka ne o geometriji tijela, već o fizičkim svojstvima površine. To su geometrijske vrijednosti albeda koje su dane u tablicama i misle se kada se govori o refleksivnosti površina asteroida.

Albedo ne ovisi o veličini tijela. Usko je povezan s mineraloškim sastavom i mikrostrukturom površinskih slojeva asteroida i može se koristiti za klasifikaciju asteroida i određivanje njihove veličine. Za različite asteroide albedo varira od 0,02 (vrlo tamni objekti koji reflektiraju samo 2% upadne svjetlosti od Sunca) do 0,5 ili više (vrlo svijetli objekti).

Za ono što slijedi važno je uspostaviti odnos između polumjera asteroida, njegovog albeda i apsolutne magnitude. Očito, što je veći polumjer asteroida i veći njegov albedo, to je veći svjetlosni tok koji reflektira u danom smjeru, pod uvjetom da su sve ostale jednake. Osvjetljenje koje asteroid stvara na Zemlji ovisi i o njegovoj udaljenosti od Sunca i Zemlje te o protoku energije zračenja od Sunca, što se može izraziti u smislu veličine Sunca.

Ako osvjetljenje koje stvara Sunce na Zemlji označimo kao E? , osvjetljenje koje stvara asteroid - kao E, udaljenosti od asteroida do Sunca i Zemlje - kao r i?, i polumjer asteroida (u AU) - kao?, tada se sljedeći izraz može koristiti za izračunaj geometrijski albedo p:

Ako uzmemo logaritam ovog omjera i zamijenimo logaritam omjera E/E ? po Pogsonovoj formuli (3.3), nalazimo

lg p \u003d 0,4 (m ? - m) + 2 (lg r + lg ? - lg ?),

gdje m? je prividna veličina Sunca. Sada zamjenjujemo m formulom (3.4).

lg p \u003d 0,4 (m ? - m 0) - 2 lg ?,

ili, izražavajući promjer D u kilometrima i uz pretpostavku da je prividna zvjezdana veličina Sunca u zrakama V jednaka –26,77 [Gerels, 1974], dobivamo

log D \u003d 3,122 - 0,5 log p - 0,2H, (3,7)

gdje je H apsolutna magnituda asteroida u V zrakama.

<<< Назад