کلیات

گرم‌سپهر یا ترموسفر چیست: گرم‌‌سپهر یا ترموسفر (thermosphere) یکی از لایه‌های بالایی جو یا اتمسفر زمین است. ترموسفر درست بعد از مزوسفر و پیش از اگزوسفر است. ترموسفر از ارتفاع حدود ۹۰ کیلومتری سطح زمین تا ارتفاع ۵۰۰ الی ۱۰۰۰ کیلومتری سیاره ما امتداد می‌یابد. در نواحی پایینی ترموسفر (ارتفاع کمتر از ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلومتری) دمای هوا به‌شدت افزایش می‌یابد. فعالیت‌های خورشیدی به‌شدت بر دمای ترموسفر تاثیر می‌نهد. معمولا دمای ترموسفر روزها در مقایسه با شب‌ها حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد و هوا گرم‌تر می‌شود. همچنین با افزایش فعالیت‌های خورشیدی دمای ترموسفر حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد بیشتر می‌شود. مرز بین ترموسفر و لایه فوقانی آن یعنی اگزوسفر را ترموپاوز (thermopause) می‌نامند. لایه پایینی ترموسفر نیز مزوپاوز (mesopause) نام دارد که مرز بین ترموسفر و مزوسفر است.

ویژگی‌های گرم‌سپهر

با این‌که ترموسفر بخشی از اتمسفر زمین محسوب می‌شود اما چگالی هوا در آن‌جا بسیار کم است و لذا اکثر بخش‌های ترموسفر را جزو فضای بیرونی زمین در نظر می‌گیرند. طبق اکثر تعاریف مشترک فضا بیرون از اتمسفر از ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری سطح زمین آغاز می‌شود؛ یعنی تقریبا از بالای مزوپاوز (مرز مزوسفر و ترموسفر). شاتل‌های فضایی و ایستگاه فضایی بین‌المللی هر دو در لایه ترموسفر دور زمین در گردش هستند.

ویژگی دیگر گرم‌سپهر یا ترموسفر لایه‌های یونوسفری آن است. یونوسفرها یا یون‌سپهرها مناطق خاصی از جو زمین هستند که در آنها اتم‌ها و همچنین مولکول‌های یونیده (دارای بار الکتریکی) فراوانند. معمولا سه ناحیه یونوسفر اصلی در جو زمین تشکیل می‌شود که دو مورد در ترموسفر و دیگری در مزوسفر است (تصویر ۱).

ترکیبات گازی و تغییر ارتفاع ترموسفر

پایین‌تر از ترموسفر گازهای متشکل از اتم‌ها و مولکول‌های مختلف در اثر حرکت شدید هوا در اتمسفر کاملا با هم ترکیب شده‌اند. هوای اتمسفر عمدتا از ۸۰ درصد مولکول نیتروژن (N2) و ۲۱ درصد مولکول اکسیژن (O2) تشکیل شده است. در ترموسفر و بالاتر از آن، ذرات گاز مرتبا به هم برخورد می‌کنند و لذا گازها بسته به نوع عناصر شیمیایی‌شان از هم جدا می‌شوند. ترموسفر پرتوهای نیرومند ایکس و فرابنفش خورشید را جذب می‌کند. وقتی خورشید بسیار فعال است و انرژی بیشتری از خود منتشر می‌کند، ترموسفر داغ‌تر می‌شود و انبساط می‌یابد و نتیجتا ارتفاع ترموسفر افزایش می‌یابد. لذا ارتفاع ترموسفر بسته به میزان فعالیت‌های خورشیدی و دمای آن تغییر می‌کند. ترموپاوز در ارتفاع ۵۰۰ کیلومتری تا ۱۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین یا بیش از آن را شامل می‌شود.

ماهواره‌ها در ترموسفر

بسیاری از ماهواره‌ها در ترموسفر جای دارند و در مدارشان در چرخشند. هوای ترموسفر بسیار بسیار رقیق است. وقتی دمای ترموسفر افزایش می‌یابد و نتیجتا منبسط می‌شود، چگالی هوای رقیق ترموسفر دچار تغییر شده و به‌ نیروی پس‌آر تبدیل می‌شود، یعنی ماهواره‌ را به‌سمت خود می‌کشد. لذا مهندسان هنگام محاسبه مدار ماهواره‌ها باید نیروی پس‌آر ناشی از تغییرات ترموسفر را نیز مدنظر داشته باشند. ماهواره‌ها نیز باید از نیروی تقویتی لازم برخوردار باشند تا در چنین مواقعی بتوانند بر اثرات ناشی از نیروی پس‌آر ترموسفر غلبه کنند.

فوتون‌های پرانرژی در ترموسفر نیز الکترون‌ها را از ذرات گازی جدا می‌کنند و یون‌هایی از اتم‌ها و مولکول‌های با بار الکتریکی تولید می‌کنند. ایزوسفر زمین ترکیبی از چند ناحیه اتمسفر است که چنین ذرات یونیزه شده‌ای دارند. این نواحی با یکدیگر هم‌پوشانی دارند و فضای‌ آن‌ها با ترموسفر که از نظر الکتریکی خنثی است، مشترک است.

اتمسفر زمین نیز مانند اقیانوس‌ها موج و جزر و مد دارد. این امواج و جزر و مدها سبب می‌شوند انرژی در درون اتمسفر و از جمله در ترموسفر جابه‌جا شود. بادها و چرخش‌های گسترده هوا در ترموسفر عمدتا ناشی از این امواج و جزر و مدهاست. یون‌های متحرک در اثر برخورد با گازهای خنثی (از نظر الکتریکی) دچار نیروی پس‌آر می‌شوند و نتیجتا در بخش‌هایی از ترموسفر جریان‌های الکتریکی قدرتمندی ایجاد می‌شود.

علت وقوع شفق‌های قطبی در گرم‌‌سپهر یا ترموسفر 

سرانجام این‌که شفق‌ها (نورهایی که در قطب شمال و جنوب زمین مشاهده می‌شود) عمدتا در ترموسفر رخ می‌دهند. در ترموسفر ذرات باردار فضا (متشکل از الکترون‌ها، پروتون‌ها و دیگر یون‌ها) با اتم‌ها و مولکول‌های در عرض‌های جغرافیایی بالا برخورد می‌کنند و این پدیده انرژی را افزایش می‌دهد. آن اتم‌ها و مولکول‌ها این انرژی بسیار را به‌شکل فوتون‌های نور در ترموسفر منتشر می‌کنند که به‌شکل پرتوهای رنگین در آسمان مشاهده می‌شود.