فراسوی فیزیک (Beyond Physics)

زمین و ماه اساسا فاصله‌ی یکسانی تا خورشید دارند. با این حال دمای سطح ماه به طور میانگین دمای غیرقابل زیستنِ منفی ۱۸ درجه سانتی گراد است. این دما واقعا غیرقابل زیستن است. چون به طور منظم بین منفی ۱۷۰ درجه سانتی گراد در شبِ ماه تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد در روزِ ماه تغییر می‌کند، که هر دو از سردترین و گرم‌ترین دماهایی که تابه‌حال در زمین به ثبت رسیده سردتر و گرم ترند. با اینکه یک چرخه‌ی شبانه روز ماه حدود ۱۴ بار کندتر از شبانه روز در زمین است، چرخش سریع نسبی زمین چیزی نیست که جلوی به وجود آمدن دماهای دیوانه کننده را بگیرد؛ این جَو زمین است که از ما محافظت می‌کند.

در روز، جَو مثل یک سپر، مضرترین و پرانرژی‌ترین اشعه‌های خورشید و حدود یک سوم از نور قابل رویت و ملایم‌تر خورشید را دفع می‌کند. جَو زمین هم‌زمان، تشعشعات مادون قرمز یا همان گرما را که از سطح گرم شده‌ی زمین توسط خورشید برمی‌گردد، نگاه می‌دارد و باعث می‌شود شب‌ها از سرما منجمد نشویم. برای این که جَو بتواند اشعه‌ای را جذب کند باید از نظر الکتریکی باردار باشد تا بتواند روی امواج الکترومغناطیسی تاثیر بگذارد. بیشتر جَو ما از مولکول‌های گازی تشکیل شده که حاوی بار الکتریکی نیستند یا بهتر بگویم همه‌ی آن‌ها به تعداد مساوی پروتون‌های مثبت و الکترون‌های منفی دارند. اما بعضی مولکول‌ها الکترون‌های حاوی بار منفی‌شان را نزدیک‌تر به یک سمت نگاه می‌دارند که باعث می‌شود متمایل به یک طرف باشند و این نامتقارن بودن تکان‌های آهسته‌ی رفت و برگشتی را ایجاد می‌کند که جذب انرژی تشعشعات مادون قرمز ورودی را ممکن می‌کند.

از این جمله آب، اوزون و اکسید نیتروژن همه از لحاظ بار الکتریکی نامتقارن هستند. بنابراین همه‌ی آن‌ها می‌توانند تشعشعات مادون قرمز را جذب کنند. از طرف دیگر گازهایی مثل دی اکسید کربن و متان وجود دارند که بر روی کاغذ مولکول‌های هیچ‌کدامشان نامتقارن به نظر نمی‌رسند و به نظر نمی‌رسد قادر باشند تشعشعات گرمایی را جذب کنند. اما در واقعیت مولکول‌های گاز بی حرکت نیستند. آن‌ها میلیاردها بار در ثانیه به هم برخورد می‌کنند و از جهت‌های مختلف همچنین با چرخش‌ها و ارتعاش‌های متفاوت به هم کوبیده می‌شوند. این قضیه آشکار می‌کند که دی اکسید کربن و متان بیشتر زمان را در حال تغییر شکل دادن در حالت‌های نامتقارن الکتریکی می‌گذرانند که باعث می‌شود بتوانند تشعشعات مادون قرمز را جذب کنند و به عایق‌سازی زمین کمک کنند.

با اینکه مولکول‌های مختلفی هستند که می‌توانند تشعشعات مادون قرمز را جذب کنند اکثریت مولکول‌های جَو ما این توانایی را ندارند، چون جَو بیشتر از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده که حتی در زمانِ ارتعاش به یک طرف متمایل نمی‌شوند، آن‌ها خیلی متقارن هستند. با این وجود، همان یک درصد مولکول‌های نامتقارنِ جو جذب کننده‌های بسیار خوبی هستند که می توانند جلوی ۹۰ درصد از گرمای خروجی از زمین را بگیرند. هر اشعه تسخیر شده، در جَو گیر می‌افتد و در اکثر موارد در آخر حداقل یک بار قبل از اینکه به فضا فرار کند، به سطح زمین برمی‌گردد.

نیازی نیست حتما شب یخی ماه را تجربه کنیم تا متوجه بشویم چقدر این بازی پین بال تشعشعات برای زمین مهم است. تاریخچه‌ی یخ‌ها از سردترین شرایط آب و هوایی زمین نشان می‌دهد که یک تغییر کوچک و طبیعی در مقدار دی اکسید کربن جو تغییرات به نسبت بزرگی در دما به وجود می‌آورد. هم چنین این تاریخچه نشان می‌دهد که  امروز نسبت به ۸۰۰۰۰۰ سال پیش این بازی برای زمین بسیار بسیار سخت‌تر شده است.