كيفية عمل الأقمار الصناعية

من أدوات رصد الطقس بالون الطقس والقمر الصناعي والتي نشملها بالحديث خلال المقال التالي على موقع الموسوعة العربية الشاملة فأجهزة رصد الطقس هي الأدوات التي يستخدمها علماء الأرصاد الجوية لمعرفة وقياس عناصر الغلاف الجوي فهم لا يستخدمون الكثير من الأجهزة المعملية حيث يعتمدون بشكل كبير في أبحاثهم على أجهزة المراقبة الميدانية والتي من ضمنها بالون الطقس والقمر الصناعي كيف يعمل كل منهما ؟ وكيف يحصل على البيانات ؟

خلال الفقرات القادمة سنتعرف على أجهزة قياس الطقس وبشكل خاص سنتحدث عن بالون الطقس والقمر الصناعي.

أجهزة قياس الطقس

تنوعت أجهزة قياس الطقس وتطورت كثيرًا منذ القرن 15 م حيث انتشار العديد من محاولات العلماء لقياس كافة متغيرات الطقس ومن أهم أجهزة الطقس التي ظهرت في:

القرن 15 م:
- مقياس المطر.
- مقياس شدة الرياح.
- مقياس الرطوبة.
القرن 17 م:
- مقياس الضغط وعرف باسم البارومتر.
- مقياس درجة الحرارة الثرمومتر والذي عرف باسم محرار جاليليو.
القرن 18 م:
- تطورت مقاييس درجة الحرارة إلى الفهرنهايت والدرجة المئوية.
القرن 20 م:
- تطورت الأجهزة واصبحت بالستشعار عن بعد ومنها:
  - الرادار.
  - الأقمار الصناعية.
- تعمل أجهزة الاستشعار عن بعد عن طريق جمع البيانات من الظواهر الجوية والمناخية وتنتج المعلومات الجوية.
- لها القدرة على الوصول إلى الأماكن التي من الصعب الوصول إليها.
- تقوم الأجهزة بتخزين البيانات مباشرة بعد الحصول عليها بشكل آلي.

تاريخ تطور أجهزة قياس الطقس

عام 1441م: قام الملك سيه جونغ باختراع أول مقياس لقياس المطر، وتم استخدامه كوثيقة رسمية في عهد أسرة جونسون في كوريا لتقييم وتحديد ضرائب الأراضي على أساس موسم الحصاد.
عام 1450م: قام ليون باتيستا بوضع لوحة متأرجحة ليتمكن من قياس شدة الرياح.
عام 1607م: قام العالم جاليليو باختراع الثيرموسكوب.
عام 1643م: تم ابتكار مقياس الضغط الزئبقي والذي يعرف باسم البارومتر الزئبقي على يد ايفانجليستا توريشيللي.
عام 1662م: تم اختراع مقياس كمية المطر الميكانيكي والذي يتميز بكونه ذاتي التفريغ على يد العالم كريستوفر ورن.
عام 1714م: تم إنشاء مقياس لقياس درجة الحرارة على يد غابرييل فهرنهايت، وقد كان يوجد نوع من الترمومتر الزئبقي.
عام 1742م: اقترح عالم الفلك السويدي آندرس سيلزيوس الدرجة المئوية لقياس درجة الحرارة والذي يعد نقطة البداية للمقياس المئوي الحالي.
عام 1783م: قام هوراس بنديكت دو باختراع أول مقياس رطوبة شعري.
عام 1806م: توصل العالم فرانسيس بوفورت إلى عرض نظام يمكنه تصنيف سرعة الرياح.
عام 1960م: أطلق أول قمر صناعي المعروف باسم TIROS 1 ويعتبر هو البداية لعصر جديد في تاريخ علم الأرصاد الجوية وذلك بسبب إمكانية الحصول على المعلومات الوفيرة حول الغلاف الجوي عالميًا.

بالون الطقس

يستخدم بالون الطقس في تحديد ارتفاع السحب خلال فترة النهار،
يعمل بالون الطقس وفقًا لقاعدة عملية وهي:
- البالون له معدل صعود محدد ويمثل معدل سرعته أثناء الصعود في الجو.
- عندما يختفي البالون في السحب يتم حساب الوقت الذي تمكن فيه من الصعود والاختفاء بين السحب.
- عند تحديد كل منهما يمكن تحديد ارتفاع قاعدة السحب عن مستوى السطح وبناءًا عليه يتم تحديد نوع السحب.
يصنع بالون الطقس من مواد جلدية لها درجة مرتفعة من المرونة حتى يتمدد بسهولة أثناء الارتفاع عن سطح الأرص وصولًا إلى الغلاف الجوى.
يعبأ بالون الطقس بغاز الهيدروجين أو الهيليوم حتى يمكنه التمدد تدريجيًا ليصل تمدده بنسبة 100 مرة ضعف حجمه الأصلي وذلك يسمح له بالارتفاع إلى ما يزيد عن 40 كم قبل انفجاره في الغلاف الجدوي.

كيفية عمل بالون الطقس

يتم ملء البالون بغاز الهيدروجين أو الهيليوم ليتمدد 100 مرة أكبر من حجمه حتى يرتفع لأقصر ارتفاع ممكن في الغلاف الجوي.
يكون البالون حاملًا لجهاز يسمى راديو سوند يعرف باسم المسبار اللاسلكي حيث يعمل هذا الجهاز الصغير على قياس الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرطوبة في طبقات الجو العليا، كما يقوم بإرسال البيانات والمعلومات إلى المحطة الأرضية.
يتم قياس اتجاه الرياح وسرعتها عن طريق اتباع حركة البالون وسرعته باستخدام جهاز تحديد الاتجاه.
عند وصول البالون لارتفاع قد يصل إلى 27000 م يتم فتح مظلة هبوط المسبار بشكل تلقائي ومن ثم فإنه يعود إلى الأرض حاملًا المعلومات التي سجلها.

كيفية عمل بالون الطقس ثابت المستوى

يوجد نوع من البالونات يعرف باسم البالون ثابت المستوى، وذلك لأنه:

يقوم بالتحليق حتى ارتفاع محدد والذي يتم تحديده من خلال حجم البالون حيث أن حجم البالون هو المسئول عن تحديد ارتفاعه.
يظل الغاز داخل البالون عند ضغط ثابت.
يبقي محلقًا في الجو لمدة شهور ويساعد ذلك في التعرف على البيانات الجوية لفترات طويلة.
يتلقي العلماء البيانات من خلال قيام البالون بارسال البيانات إلى القمر الصناعي والتي تقوم بارسالها إلى المحطات الأرضية حتى يعرفها علماء الأرصاد الجوية.

القمر الصناعي

القمر الصناعي هو أحد أجهزة الاستشعار عن بعد والتي تستخدم لتحديد الغطاء السحابي والرياح.
هو عبارة عن ألة تصوير يقوم بالتقاط صور للأرض توضح السحب وأنماطها ومساحة الثلج.
تقيس الأقمار الصناعية الرطوبة ودرجة الحرارة وتحديد سرعة الرياح واتجاهها.
يوجد نوعان من الأقمار الصناعية هما:
- الأقمار الصناعية قطبية المدار:
  - تقوم بالدوران حول الأرض بعد الإرتفاع مسافة عن سطح الأرض تتراوح من 800 كم إلى 1000 كم.
  - مدار الأقمار الصناعية القطبية يكون عن قطبي الكرة الأرضي الشمالي والجنوبي.
  - عند دوران الأرض يمر القمر الصناعي فوق جميع المناطق في الكرة الأرضية ليصل المساحة التي يمكن أن يلتقط لها القمر الصناعي القطبي صورُا إلى 10 ملايين كم² من مساحة الكرة الأرضية وهو ما يمثل 2% من مساحتها.
  - بعض الأقمار القطبية تتمكن من تصوير الكرة الأرضية مرتين خلال اليوم.
- الأقمار الصناعية أرضية المدار:
  - تعرف باسم الأقمار الصناعية أرضية التزامن.
  - يدور هذا النوع حول خط الاستواء على ارتفاع يصل إلى 35.890 كم حيث يمكن أن تتزامن حركة القمر الصناعي الأرضي التزامن مع دوران الأرض.
  - يكمل القمر دورة كاملة عندما تتم الأرض دورتها.
  - لانها تدور على ارتفاع أقرب إلى الارض من الأقمار الصناعية قطبية المدار فإنها تتمكن من التقاط صور أوضح وتغطي مساحة أكبر.
  - لتصوير الكرة الأرضية بأكملها يمكن استخدام 4 من الأقمار الصناعية أرضية المدار في نفس الوقت.