مقدمه

محيط فضايي از اندركنشهاي زيادي مانند نيروهاي ثقل ، ماگنتو استاتيك ، الكترو استاتيك ، الكترومغناطيس و ... نسبت به زمان و مكان تغييراتي مهم را نشان مي‌دهد كه طبيعت تركيب و توزيع ماده ، دماي گاز بين سياره‌اي خواه يونيزه و يا خواه خنثي را تغيير مي‌دهد. محدوده زميني بصورت ناحيه فضايي مورد مطالعه قرار مي‌گيرد كه تأثيرات زمين در آن ناحيه از اهميت اساسي برخوردار است. اين تأثير بطور يكسان بر حسب فاصله از زمين صورت نمي‌گيرد. تأثير ميدان مغناطيسي تا دهها برابر شعاع كره زمين و نسبت به جهت تابش خورشيد و فعاليت آن گسترده است و بالاخره اتمسفر زمين پس از چندين كيلومتر قابل صرفنظر كردن است.

وقتي به تدريج از سطح زمين بالا مي‌رويم، بر حسب ارتقاع با طبقه بندي اتمسفري روبرو خواهيم شد كه بعضي پارامترها اهميت ويژه‌اي خواهند داشت. طبيعتمولكولها يا يونها كه وابسته به ميدان ثقلي زمين ، جذب تابش خورشيدي و بنابراين دما ، چگالي و همچنين يونش را تغيير مي‌دهد. حدود لايه‌هاي فضايي نه از نظر فضايي و نه از نظر زماني بطور مطلق ثابت نيست. زيرا كه پارامترهاي مداخله كننده خود نيز ثابت نيستند. دماي لايه‌هاي بالايي وابسته به جذب خورشيدي در هنگام روز و شب متفاوت خواهد بود. تركيبات آنها بر اثر فعاليت خورشيدي تغيير مي‌كند. به علاوه لازم است تغييرات محلي جغرافيايي را مانند ميدان مغناطيسي زمين در نظر گرفت. اتمسفر زمين را بر حسب چگونگي روند دما ، اختلاف چگالي ، تغييرات فشار ، تداخل گازها و سرانجام ويژگيهاي الكتريكي به لايه‌هاي زير تقسيم كرده‌اند: 

تروپوسفر (Troposphere)

تروپوسفر پايينترين لايه اتمسفر است كه خود از لايه‌هاي كوچكتري تشكيل شده است. وجه تمايز اين لايه با ديگر لايه‌هاي اتمسفر ، تجمع تمامي بخار آب جو زمين در آن است؛ به همين دليل بسياري از پديده‌هاي جوي كه با رطوبت ارتباط دارند و عاملي تعيين كننده در وضعيت هوا به شمار مي‌آيند (از قبيل ابر ، باران ، برف ، مه و رعد و برق) تنها در اين لايه رخ مي‌دهند. منبع حرارتي لايه تروپوسفر انرژي تابشي سطح زمين است. از اينرو با افزايش ارتفاع با كاهش دما مواجه خواهيم بود. ضخامت تروپوسفر ، از شرايط حرارتي متفاوتي كه در عرضهاي جغرافيايي مختلف حاكم است تبعيت مي‌كند. اين ضخامت معمولا از 17 تا 18 كيلومتر در استوا به 10 تا 11 كيلومتر در مناطق معتدل و 7 تا 8 كيلومتر در قطبها تغيير مي‌كند. 

استراتوسفر (Stratosphere)

لايه استراتوسفر بر روي لايه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود 23 كيلومتر است. در 3 كيلومتر اول استراتوسفر ، دماي هوا ثابت است، اما در قسمتهاي بالاتر دماي هوا با ارتفاع افزايش مي‌يابد. در استراتوسفر به ندرت ابر تشكيل مي‌شود و تنها در شرايط ويژه‌اي ممكن است ابرهاي كوهستاني به نام ابرهاي مرواريدي در ارتفاع 21 تا 29 كيلومتري از سطح زمين ظاهر شوند كه علت وجود آنها حركات موجي شكل هوا از سوي موانع مي‌باشد. 
از ديگر ويژگيهاي مهم استراتوسفر وجود ازن در اين لايه است كه بخصوص در ارتفاع 20 تا 30 كيلومتري سطح زمين بر اثر واكنشهاي مختلف فتوشيميايي بدست مي‌آيد. مقدار ازن در اين لايه معمولا روند فصلي دارد حداكثر آن در بهار و حداقل آن در پاييز مشاهده مي‌شود. 

مزوسفر (Mesosphere)

مزوسفر در بالاي لايه گرم ازن لايه مزوسفر قرار دارد كه دما در آن متناسب با افزايش ارتفاع با آهنگ 0.3 سانتيگراد به ازاي هر 100 متر كاهش مي‌يابد بطوري كه دما در مرز فوقاني آن در ارتفاع 80 تا 90 كيلومتري به 80- درجه سانتيگراد مي‌رسد. نتيجه اين دماي پايين انجماد بخار آب ناچيز موجود در اين لايه است كه باعث بوجود آمدن ابرهاي شب تاب مي‌شوند. اين ابرها در تابستان و در عرضهاي بالا ديده مي‌شوند. مزوسفر سردترين لايه اتمسفر تلقي مي‌شود. 

يونسفر (Ionosphere)

يونش اتمسفر در عرضهاي مغناطيسي پايينتر از 60 درجه و به هنگام روز بر اثر يونش فوتوني اتمها و مولكولاي اتمسفر با امواج الكترومغناطيسي كوتاه (XUV) تابشي از خورشيد است. اين گفتار در ارتفاعات بالاتر از 120 كيلومتري صحت دارد. يونسفر از بخش فوقاني مزوسفر تا ارتفاع تقريبي 1000 كيلومتري اتمسفر زمين ، بار الكتريكي شديدي حاكم است كه زاييده وجود يونها و الكترونهاي آزاد است. در حقيقت پرتوهاي پر انرژي خورشيد كه از فضاي خارج به طبقات بالايي اتمسفر وارد مي‌شوند باعث گسستگي پيوند يا يونيزاسيون مولكولها و اتمها مي شوند.

بر اثر يونيزاسيون ، الكترون آزاد مي‌شود و باقي مانده اتم بصورت يون در مي‌آيد؛ به همين علت اين لايه از جو را يونسفر ناميده‌اند. شدت يونيزاسيون در تمام ارتفاعات يونسفر يكسان نيست؛ بنابراين لايه‌هاي متفاوت با تراكم الكترون و يون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در يونسفر وجود دارد؛ اين لايه‌ها در ارتباطات راديويي اهميت بسياري دارند. اين لايه ها عبارتند از لايه‌هاي D ، E ، F. 

اگزوسفر (Exosphere)

شرايط موجود در يونسفر در اين لايه نيز حاكم است؛ بدين معني كه گازها در اين لايه همچنان قابليتهدايت الكتريكي خود را حفظ مي‌كنند. سرعت ذرات در اين لايه بسيار زياد است و در مواردي به 11.2 كيلومتر در ثانيه مي‌رسد. اگزوسفر لايه گذار جو به فضاي كيهاني به شمار مي‌آيد كه بخش فوقاني آن را در ارتفاع بيش از سه هزار كيلومتري از سطح زمين برآورد كرده‌اند. 

ماگنتوسفر و باد خورشيدي

وقتي ميدان مغناطيسي زمين از نظر فضايي ديده شود، ديگر به يك ميله مغناطيسي شباهت ندارد. ميدان مغناطيسي در طرف روز توسط باد خورشيدي متراكم و در صرف شب خطوط ميدان باز و تا فواصل بسيار زيادي از زمين گسترش دارد. باد خورشيدي يك پلاسماي مافوق صوتي كه بطور شعاعي به بيرون ازتاج خورشيدي جريان مي‌يابد. اين جريان باد خورشيدي هميشه وجود دارد و بنابراين زمين همواره غوطه‌ور در ذرات داغي است كه از اتمسفر خورشيد مي‌رسند. در داخل ماگنتوسفر مناطق زير قرار دارند:

• منطقه تله‌اي پايستار كه در آنجا خطوط نيرو روي زمين بسته نمي‌شوند و جول محور مغناطيسي زمين در چرخشند.
  
  
• منطقه شبه تله‌اي كه در آنجا خطوط نيرو روي زمين در طرف خورشيد بسته مي‌شوند و خطوط نيرو در طرف شب بازند.