Penyerapan dan Emisi oleh Gas Atmosfer

Bagaimana struktur molekuler menentukan panjang gelombang yang diserap dan dipancarkan oleh gas atmosfer, membentuk spektrum radiasi yang mencapai ruang angkasa dan permukaan.

Definition

Penyerapan dan emisi oleh gas atmosfer adalah interaksi radiasi dengan molekul gas yang selektif panjang gelombang, diatur oleh transisi energi terkuantisasi, yang menentukan bagaimana atmosfer mentransmisikan, menyerap, dan memancarkan kembali radiasi.

Scope

Mencakup transisi rotasi, vibrasi, dan elektronik molekuler; pita serapan uap air, karbon dioksida, ozon, metana, dan dinitrogen oksida; bentuk garis dan pelebaran tekanan serta Doppler; model pita dan perhitungan garis-per-garis; jendela atmosfer; dan basis data spektroskopi yang digunakan untuk menghitung serapan gas.

Core questions

• Mengapa gas yang berbeda menyerap pada panjang gelombang karakteristik?
• Apa yang menentukan kekuatan dan lebar garis serapan individual?
• Mengapa atmosfer relatif transparan dalam jendela inframerah termal di dekat 10 mikrometer?

Key theories

Spektroskopi Molekuler Gas Atmosfer

Transisi rotasi dan vibrasi terkuantisasi menghasilkan garis serapan diskrit yang posisi dan kekuatannya ditentukan oleh struktur molekuler, diorganisasikan ke dalam basis data seperti HITRAN untuk perhitungan radiasi.

Mechanisms

Molekul gas menyerap foton ketika energinya cocok dengan transisi antara keadaan rotasi, vibrasi, atau elektronik terkuantisasi; gas rumah kaca seperti karbon dioksida dan uap air memiliki pita vibrasi-rotasi yang kuat dalam inframerah. Garis-garis individual diperlebar oleh tumbukan molekuler (pelebaran tekanan) pada ketinggian rendah dan oleh gerakan termal (pelebaran Doppler) pada ketinggian tinggi. Garis-garis yang tumpang tindih membentuk pita serapan, meninggalkan jendela spektral yang relatif transparan di mana permukaan memancarkan radiasi secara efisien ke ruang angkasa.

Clinical relevance

Data serapan gas yang akurat menjadi dasar skema radiasi dalam model cuaca dan iklim serta penarikan suhu dan konsentrasi gas jejak dari spektrometer satelit dan berbasis darat.

History

Pengukuran laboratorium Tyndall pada abad kesembilan belas pertama kali mengungkapkan serapan inframerah yang kuat dari uap air dan karbon dioksida. Spektroskopi abad kedua puluh berhasil memecahkan garis-garis molekuler individual, dan kompilasi seperti basis data HITRAN, yang dikelola sejak tahun 1970-an, kini menyediakan parameter garis yang digunakan dalam perhitungan transfer radiasi modern.

Key figures

• John Tyndall
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• liou2002
• gordon2022

Frequently asked questions

Apa itu jendela atmosfer?

Jendela atmosfer adalah pita inframerah termal di dekat 8 hingga 12 mikrometer di mana atmosfer cerah menyerap dengan lemah, memungkinkan permukaan memancarkan panas langsung ke ruang angkasa.