대기 가스에 의한 흡수 및 방출

분자 구조가 대기 가스가 흡수하고 방출하는 파장을 어떻게 결정하며, 이는 우주와 지표면에 도달하는 복사 스펙트럼을 형성하는지에 대한 설명입니다.

Definition

대기 가스에 의한 흡수 및 방출은 양자화된 에너지 전이에 의해 지배되는 복사와 가스 분자 간의 파장 선택적 상호작용으로, 대기가 복사를 전달, 흡수 및 재방출하는 방식을 결정합니다.

Scope

분자의 회전, 진동 및 전자 전이; 수증기, 이산화탄소, 오존, 메탄 및 아산화질소의 흡수 대역; 선형 및 압력 및 도플러 확장; 대역 모델 및 선별 계산; 대기창; 그리고 기체 흡수 계산에 사용되는 분광학 데이터베이스를 다룹니다.

Core questions

• 왜 다른 가스들은 특정한 파장에서 흡수하는가?
• 개별 흡수 선의 강도와 폭을 결정하는 요인은 무엇인가?
• 왜 대기는 10마이크로미터 근처의 열 적외선 창에서 상대적으로 투명한가?

Key theories

대기 가스의 분자 분광학

양자화된 회전 및 진동 전이는 분자 구조에 의해 위치와 강도가 고정된 이산 흡수 선을 생성하며, 이는 복사 계산을 위해 HITRAN과 같은 데이터베이스로 정리됩니다.

Mechanisms

가스 분자는 그 에너지가 양자화된 회전, 진동 또는 전자 상태 간의 전이와 일치할 때 광자를 흡수합니다. 이산화탄소 및 수증기와 같은 온실 가스는 적외선 영역에서 강한 진동-회전 대역을 가집니다. 개별 선은 낮은 고도에서는 분자 충돌(압력 확장)에 의해, 높은 고도에서는 열 운동(도플러 확장)에 의해 확장됩니다. 겹치는 선들은 흡수 대역을 형성하여, 지표면이 우주로 효율적으로 복사하는 상대적으로 투명한 스펙트럼 창을 남깁니다.

Clinical relevance

정확한 기체 흡수 데이터는 기상 및 기후 모델의 복사 체계와 위성 및 지상 기반 분광계로부터 온도 및 미량 가스 농도를 검색하는 데 기반이 됩니다.

History

19세기 틴달(Tyndall)의 실험실 측정은 수증기와 이산화탄소의 강한 적외선 흡수를 처음으로 밝혀냈습니다. 20세기 분광학은 개별 분자 선을 해결했으며, 1970년대부터 유지되어 온 HITRAN 데이터베이스와 같은 편집물은 현대 복사 전달 계산에 사용되는 선 매개변수를 제공합니다.

Key figures

• John Tyndall
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• liou2002
• gordon2022

Frequently asked questions

대기창이란 무엇인가요?

대기창은 8에서 12마이크로미터 근처의 열 적외선 대역으로, 맑은 대기가 약하게 흡수하여 지표면이 열을 우주로 직접 복사할 수 있게 합니다.