عند تعريف الغلاف الجوي نجد أنه هو غلاف الغاز والهباء الجوي الذي يمتد من المحيط والأرض والسطح المغطى بالجليد لكوكب ما إلى الفضاء ، وتتناقص الكثافة المعلقة للغلاف الجوي إلى الخارج لأن جاذبية الكوكب التي تسحب الغازات والهباء الجوي أي ملوثات الغلاف الجوي الجسيمات الدقيقة من الغبار أو السخام أو الدخان أو المواد الكيميائية إلى الداخل حيث أن عواقب تلوث الغلاف الجوي خطيرة جداً ، تكون أكبر بالقرب من السطح ، والغلاف الجوي لبعض الأجسام الكوكبية مثل عطارد يكاد يكون غير موجود ، حيث أن الغلاف الجوي البدائي قد هرب من الجاذبية المنخفضة نسبيًا للكوكب وتم إطلاقه في الفضاء ، واحتفظت الكواكب الأخرى مثل كوكب الزهرة والأرض والمريخ والكواكب الخارجية العملاقة للنظام الشمسي بغلافها الجوي ، ولكي نجد كيف يحمي الغلاف الجوي الارض ، نجد أن الغلاف الجوي للأرض يعمل على من احتواء الماء في كل مرحلة من مراحلها الثلاث الصلبة والسائلة والغازية ، والتي كانت ضرورية لتطور الحياة على الكوكب .
اكتشاف الغلاف الجوي
يسهل استكشاف بعض جوانب كوكبنا أكثر من غيرها ، وإذا كنت ترغب في دراسة غابة ، لابد أن تذهب إلى الغابة ، وإذا كنت ترغب في دراسة نهر ، اذهب إلى النهر ، ولكن ماذا لو كنت تريد أن تعرف ما هو موجود في الجزء العلوي من طبقات الغلاف الجوي ، كيف تصل إلى هناك خاصة في الوقت الذي سبق اختراع الطائرات والصواريخ ، وإذا كنت قد عشت قبل القرن العشرين ، فربما كنت تنظر إلى السماء كل يوم لكنك لن تتمكن من الذهاب إلى هناك .عند عمل بحث حول الغلاف الجوي كان استكشاف الغلاف الجوي تحديًا قبل أن نطور التقنيات التي توصلنا إلى هناك مثل بالونات الهواء الساخن ، وبالونات الطقس ، والمظلات ، والمضخات ، وفي النهاية الطائرات ، كما تحسنت تقنية أخذ القياسات في الغلاف الجوي بمرور الوقت .
من هو إيفانجليستا توريشيلي
إيفانجليستا توريشيلي من مواليد 15 أكتوبر 1608 ، فاينزا رومانيا توفي في 25 أكتوبر 1647 فلورنسا ، وهو عالم فيزياء ورياضيات إيطالي اخترع المقياس والذي ساعد عمله في الهندسة في التطور النهائي لحساب التفاضل والتكامل ، ومستوحى من كتابات غاليليو ، حيث كتب أطروحة عن الميكانيكا تسمى الحركة المعنية والتي أثارت إعجاب جاليليو ، وفي عام 1641 تمت دعوة توريشيلي إلى فلورنسا حيث خدم عالم الفلك المسن كسكرتير ومساعد خلال الأشهر الثلاثة الأخيرة من حياة جاليليو ، ثم تم تعيينه ليخلفه كأستاذ للرياضيات في أكاديمية فلورنتين .بعد ذلك بعامين سعياً وراء اقتراح من جاليليو ، ملأ أنبوبًا زجاجيًا بطول 4 أقدام 1.2 مترًا بالزئبق وقلب الأنبوب إلى طبق ، ولاحظ أن بعض الزئبق لم يتدفق وأن الفراغ الموجود فوق الزئبق في الأنبوب كان عبارة عن فراغ ، وأصبح توريشيلي أول رجل يخلق فراغًا مستدامًا ، وبعد الكثير من الملاحظة خلص إلى أن التغير في ارتفاع الزئبق من يوم لآخر ناتج عن التغيرات في الضغط الجوي ، ومع ذلك لم ينشر نتائجه أبدًا لأنه كان منخرطًا بعمق في دراسة الرياضيات البحتة بما في ذلك حسابات منحنى هندسي موصوف بنقطة على حافة عجلة الدوران ، وفي أوبرا جيومتريكا ضمّن توريشيلي نتائجه حول حركة السوائل وحركة القذيفة .
ما هو البارومتر
البارومتر هو أداة لقياس الضغط الجوي ، وهناك نوعان شائعان هما البارومتر اللاسائلي والبارومتر الزئبقي ، ولقد اخترع توريشيلي أول مقياس ضغط معروف باسم أنبوب توريشيلي .كان جاليليو هو الذي اقترح أن يستخدم إيفانجليستا توريشيلي الزئبق في تجاربه في الفراغ ، وملأ توريشيلي أنبوبًا زجاجيًا بطول أربعة أقدام بالزئبق وقلب الأنبوب إلى طبق ، ولم يفلت بعض الزئبق من الأنبوب ولاحظ توريشيلي الفراغ الذي نشأ ، وأصبح توريشيلي أول عالم يخلق فراغًا مستدامًا ويكتشف مبدأ البارومتر ، وأدرك توريشيلي أن التغير في ارتفاع الزئبق من يوم لآخر ناتج عن تغيرات في الضغط الجوي ، وقام ببناء أول مقياس للزئبق في حوالي عام 1644 .
أهم أعمال إيفانجليستا توريشيلي
كتب توريشيلي أيضًا عن تربيع الحلقات الدائرية والمخروطية ، وتصحيحات اللولب اللوغاريتمي ، ونظرية المقياس ، وقيمة الجاذبية التي تم العثور عليها من خلال مراقبة حركة وزنين متصلين بواسطة خيط يمر فوق بكرة ثابتة ، النظرية المقذوفات وحركة السوائل .
لوسيان فيدي مخترع مقياس اللاسائلية
في عام 1843 اخترع العالم الفرنسي لوسيان فيدي مقياس اللاسائلية ، ومقياس الضغط اللاسائلي يسجل التغير في شكل خلية معدنية مفرغة لقياس التغيرات في الضغط الجوي ، ويعني عدم وجود سوائل ، ولا يتم استخدام أي سوائل ، وعادة ما تكون الخلية المعدنية مصنوعة من برونز الفوسفور أو نحاس البريليوم ، ومقياس الارتفاع هو مقياس لا سائلي يقيس الارتفاع ، ويستخدم علماء الأرصاد الجوية مقياس الارتفاع الذي يقيس الارتفاع فيما يتعلق بضغط مستوى سطح البحر ، ويعتبر الباروغراف هو مقياس لا سائلي يعطي قراءة مستمرة للضغوط الجوية على ورق الرسم البياني .
الفيزيائي الفرنسي بليز باسكال
قام الفيزيائي الفرنسي بليز باسكال بقياس ضغط الهواء أثناء صعوده إلى جبل بوي دي دوم البركاني في فرنسا باستخدام مقياس ضغط مبكر اخترعه الفيزيائي الإيطالي إيفانجليستا توريشيلي عام 1643 ، وفي عام 1648 صعد رجلان إلى بوي دو دوم ، وهو بركان صغير منقرض مغطى بالعشب في وسط فرنسا بارتفاع قمته 1464 مترًا ، وحملوا معهم عمودًا زجاجيًا طوله مترًا مليئًا بالزئبق ، وكان العمود الطويل من الزئبق يجلس في بركة من الزئبق في القاعدة .كان الرجال هم بليز باسكال وفلورين بيرييه ، وكان تقلصها غير المعتاد العمود الزجاجي للزئبق أول مقياس ضغط ، وهو جهاز لقياس ضغط الهواء ، واليوم يمكن حمل البارومتر بيد واحدة ، وتناسبها بسهولة في حقيبة المتجول ، لكن مقياس القرن السابع عشر هذا الذي اخترعه العالم الإيطالي وعالم الرياضيات إيفانجليستا توريتشيلي كان ضخمًا وثقيلًا ، والزئبق أثقل من الماء بعشر مرات ، ويجب أن يكون حمل هذه الأداة قد جعل هذا الارتفاع تحديًا .عندما يكون ضغط الهواء أعلى ، فإن الزئبق الموجود في البركة يملأ الفراغ في العمود ، ويرفع المستوى داخل الزجاج ، وعندما يكون ضغط الهواء أقل ينتشر الزئبق الموجود في البركة ، ويستخلص بعض الزئبق من العمود ويخفض المستوى في الزجاج ، وقام باسكال وبيريير بقياس ارتفاع الزئبق في عمود من الزجاج على ثلاثة ارتفاعات على الجبل .ووجدوا أنه في الارتفاعات عالية ، كان مستوى الزئبق في العمود الزجاجي أقل مما كان عليه في الارتفاعات المنخفضة ، وخلصوا إلى أن الاختلافات في ارتفاع الزئبق كانت ناجمة عن الاختلافات في وزن الهواء ، وكلما صعدوا إلى الجبل ، كان الغلاف الجوي فوقهم أقل ، وبالتالي قل وزن الهواء لضغط الزئبق ، وبناءً على هذه النتيجة خلص باسكال إلى وجود فراغ فوق الغلاف الجوي .في عام 1787 صعد هوراس بنديكت دي سوسور إلى قمة مونت بلانك لاستكشاف الغلاف الجوي ، قبل عام واحد فقط تم تسلق هذه القمة الوعرة في جبال الألب بنجاح لأول مرة ، وإنها أعلى نقطة في أوروبا حيث يبلغ ارتفاع قمتها 4810 مترًا 15781 قدمًا فوق مستوى سطح البحر ، ووصل سوسور إلى القمة حاملاً معه مقياس حرارة ومقياس حرارة وقام بعمل قياسات على طول الطريق ، وبحلول هذا الوقت كانت الأدوات أصغر حجمًا وأكثر قابلية للحمل متاحة أكثر من المقياس الصعب الذي حمله باسكال وبيرييه معهم في عام 1648 .كان سوسور عالمًا للأرض ومتسلقًا للجبال ، وكان صعودًا صعبًا ، حتى أنه اضطر إلى قطع الوقت الذي يقضيه على الجبل قليلاً لأنه كان ضعيفًا بسبب مرض المرتفعات ، كانت القياسات التي أجراها سوسور قيّمة للغاية ، ولقد أوضحوا أن درجة حرارة الهواء تتناقص مع الارتفاع في الغلاف الجوي بنحو 0.7 درجة مئوية لكل 100 متر ، وباستخدام هذه المعلومات استنتج هيرمان فون هيلمهولتز وآخرون أن ارتفاع درجة الحرارة في الغلاف الجوي حوالي 30 كم ستكون -273 درجة مئوية -460 فهرنهايت ، وعند هذه الدرجة لا توجد حرارة وهو ما يُعرف باسم الصفر المطلق .[1]
