Может ли кто-нибудь объяснить мне концепцию непрозрачности атмосферы?

Почему на этой диаграмме непрозрачность атома имеет такую ​​форму?

Различные части атмосферы отвечают за форму этой кривой. Электромагнитное излучение, падающее на какой-либо объект, может отражаться этим объектом, поглощаться им или проходить через него. Идеально черное тело поглощает все падающее излучение, независимо от длины волны. Реальное тело, такое как наша атмосфера, ведет себя иначе, чем черное тело. Поведение реального тела часто зависит от частоты. Это, безусловно, относится к нашей атмосфере.

Самые короткие длины волн (ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение) излучения имеют достаточную энергию на фотон, чтобы выбрасывать электроны из атомов и молекул. Это ионизирующее излучение. Любой атом или молекула, которые встают на пути входящего фотона с короткой длиной волны, могут принять этот фотон. На этих высоких длинах волн атмосфера выглядит как толстая свинцовая пластина. Ионизирующее излучение (длина волны около 100 нм или меньше) занимает крайний левый угол рисунка, который вы разместили.

Ультрафиолетовый свет с большей длиной волны не является ионизирующим, но может вызывать химические реакции. К сожалению для нас, некоторые химические реакции, вызванные УФ-излучением, могут привести к раку кожи. К счастью для нас, ультрафиолет довольно интересным образом реагирует с кислородом. Озоновый слой поглощает большую часть поступающего ультрафиолетового излучения.

Благодаря поглощению излучения с очень высокой длиной волны верхними слоями атмосферы и поглощению ультрафиолетового излучения озоновым слоем через нашу атмосферу проходит очень небольшое количество наиболее разрушительных видов электромагнитного излучения. В отличие от почти полного поглощения коротковолнового излучения наша атмосфера довольно плохо поглощает видимое излучение и коротковолновое инфракрасное излучение. Это «видимое окно». Это видимое окно также представляет пик выходной энергии нашего солнца. Это счастливое совпадение, которое необходимо для жизни, какой мы ее знаем.

Свет более длинноволнового инфракрасного излучения взаимодействует с различными колебательными модами многоатомных молекул. Эти взаимодействия приводят к множеству пиков и впадин на вашем графике между 1 и 30 мкм. Атмосфера очень хорошо поглощает даже более длинные волны, от 30 мкм до 30 мм. Другая серия вибрационных взаимодействий происходит между 30 мм и 30 см, что приводит к другому набору пиков и впадин на этом графике.

Атмосфера более или менее прозрачна для излучения с длиной волны от 30 см до 10 метров. Эти более длинные волны представляют собой еще одно окно во Вселенную, радиоокно. Это окно закрывается на очень длинных волнах. Ионосфера отражает это очень длинноволновое излучение обратно в космос.

Почему мы не можем видеть радиоволны, если атомосферная непрозрачность для таких волн так мала?

Большинство животных, включая людей, не «видят» радиоволны, потому что биологический императив для этого ограничен. Способность ощущать видимое излучение очень важна благодаря счастливому совпадению видимого окна и пикового солнечного излучения. Тем не менее, некоторые животные развили способность «видеть» излучение на длинах волн, отличных от видимого света. Некоторые насекомые и птицы могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне. Змеи могут «видеть» тепловое инфракрасное излучение. Акулы могут «видеть» чрезвычайно длинноволновое излучение благодаря своим боковым линиям.

Что автор имеет в виду под «наблюдаемостью»?

Те места в электромагнитном спектре, где атмосфера не поглощает и не отражает поступающее излучение, являются нашими наземными окнами во Вселенную. Мы не можем построить наземные приборы, которые видят гамма-излучение, рентгеновское или инфракрасное излучение. Атмосфера поглощает излучение этих длин волн. Единственный способ «увидеть» Вселенную на этих длинах волн — через спутники, которые вращаются намного выше атмосферы Земли.

Наблюдаемость просто означает, что с правильным детектором мы могли бы это увидеть.

Как вы поняли, непрозрачность относится к тому, какой процент излучения блокируется.

Дело в том, что мы можем «видеть» радиоволны, но не глазами. Наши глаза чувствительны только к очень небольшому диапазону (на схеме это радуга). Если у вас есть что-то, что может обнаруживать радиоволны, телевизоры, то вы можете их «видеть».

Почему у атмосферы такая непрозрачность, вопрос немного сложнее. Это связано с составом атмосферы. Например, некоторые газы (например, метан) отлично поглощают инфракрасное излучение (тепло), и, что интересно, именно это вызывает парниковый эффект.