ผลกระทบของเรือนกระจก: แนวคิดเรื่องสมดุลพลังงาน
ของดาวเคราะห์ของฟูริเยร์ยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน
ความร้อนเว็บสล็อตสูญเสียไปจากการแผ่รังสีอินฟราเรด (ลูกศรสีชมพู) แต่บางส่วนถูกดูดซับโดยบรรยากาศ ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นจนเอาต์พุตตรงกับอินพุต
Jean-Baptiste Joseph Fourier มักให้เครดิตกับการค้นพบปรากฏการณ์เรือนกระจก โดยการปรากฏตัวของชั้นบรรยากาศจะทำหน้าที่เพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวของดาวเคราะห์ เขียนขึ้นในปี ค.ศ. 1827 เกือบสามในสี่ของศตวรรษก่อนที่วิทยาศาสตร์จะก้าวไปถึงจุดที่อาร์เรเนียสสามารถหาปริมาณของปรากฏการณ์นี้ได้ แนวคิดของฟูริเยร์วัดกับความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับปรากฏการณ์เรือนกระจกได้ดีเพียงใด
ประการแรก สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าสิ่งที่ฟูริเยร์ไม่ได้ทำในบทความเรียงความปี 1827 ของเขาในปี 1827 เขาไม่ได้บอกว่าการทำงานของบรรยากาศคล้ายกับเรือนกระจก — คำภาษาฝรั่งเศสserre (เรือนกระจก) ไม่ปรากฏที่ใดในเรียงความ — ดังนั้นเขาไม่ควรถูกตำหนิสำหรับข้อบกพร่องที่รู้จักกันดีของการเปรียบเทียบ เขาไม่ได้เขียนสมการใด ๆ ที่อธิบายปรากฏการณ์เรือนกระจกหรือคำนวณอุณหภูมิของดาวเคราะห์
“ในงานปัจจุบัน ฉันได้ตั้งเป้าหมายอีกอย่างหนึ่งให้กับตัวเอง นั่นคือการเรียกร้องความสนใจไปที่หนึ่งในวัตถุที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของปรัชญาธรรมชาติ” ฟูริเยร์เขียนถึงปัญหาอุณหภูมิของดาวเคราะห์ ดังนั้น บทนำของบทความนี้คือการแนะนำอุณหภูมิของดาวเคราะห์เป็นวัตถุที่เหมาะสมในการศึกษาฟิสิกส์ ฟูริเยร์ได้สร้างกรอบสมดุลพลังงานที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน: ดาวเคราะห์ได้รับพลังงานในอัตราที่แน่นอนจากแหล่งต่าง ๆ และอุ่นขึ้นจนสูญเสียความร้อนในอัตราเดียวกัน ฟูริเยร์อนุมานได้อย่างถูกต้องว่าดาวเคราะห์สูญเสียความร้อนเกือบทั้งหมดโดยรังสีอินฟราเรด (“ chaleur obscure” หรือ ‘ความมืดมิด’) และสามารถทำได้ในสุญญากาศ เฟรดเดอริก เฮอร์เชลค้นพบอินฟราเรดเมื่อ 25 ปีก่อน และการศึกษาคุณสมบัติของอินฟราเรดได้รับความสนใจอย่างมากจากนักฟิสิกส์ในศตวรรษที่สิบเก้า รวมทั้งตัวฟูริเยร์ด้วย – การตั้งครรภ์ที่ยาวนานมีจุดสิ้นสุดในการกำเนิดของทฤษฎีควอนตัมในรุ่งอรุณของศตวรรษที่ 20 .
เกี่ยวกับแหล่งความร้อนของโลก ฟูริเยร์ใช้ประโยชน์จากงานก่อนหน้าของเขาในการแผ่ความร้อนเพื่อสรุปอย่างถูกต้องว่าความร้อนภายในที่เหลืออยู่จากการก่อตัวของโลกไม่มีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่ออุณหภูมิพื้นผิวอีกต่อไป เขารับรู้ว่าแสงแดดนำความร้อน บรรยากาศโดยพื้นฐานแล้วโปร่งใสต่อแสงแดด แสงจะถูกแปลงเป็นอินฟราเรดเมื่อถูกดูดซับโดยพื้นผิว และบรรยากาศค่อนข้างทึบแสงอินฟราเรดที่ทำหน้าที่นำความร้อนที่ได้รับออกไปสู่อวกาศ . ด้วยเหตุนี้ ฟูริเยร์จึงให้เหตุผลว่า อุณหภูมิต้องเพิ่มขึ้น (เมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีบรรยากาศ) เพื่อให้รังสีอินฟราเรดเพียงพอเพื่อให้งบประมาณด้านความร้อนมีความสมดุล ฟูริเยร์รู้ว่าฟลักซ์อินฟราเรดเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ แต่ไม่มีความคิดเกี่ยวกับรูปแบบการเพิ่มขึ้น
เมื่อตระหนักถึงสภาวะที่ไม่เพียงพอ
ของทฤษฎีอินฟราเรด ฟูริเยร์จึงหันไปทำการทดลองโดยนักธรณีวิทยา Horace Bénédict de Saussure อุปกรณ์สำหรับการทดลองของเดอ โซซัวร์ประกอบด้วยกล่องหุ้มฉนวนที่ปูด้วยไม้ก๊อกสีดำ โดยที่แสงแดดส่องผ่านกระจกใสหนึ่งแผ่นขึ้นไปที่ด้านบน เขาพบว่าเมื่อโดนแสงแดด อุณหภูมิภายในกล่องจะสูงขึ้นอย่างมาก เมื่อเทียบกับอุณหภูมิที่พบเมื่อแกะกระจกออก De Saussure ได้สร้างเครื่องมือของเขาขึ้นมาเพื่อใช้ในการวัดความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ แต่ฟูริเยร์ตระหนักดีถึงผลกระทบของผลลัพธ์สำหรับปัญหาอุณหภูมิของดาวเคราะห์ ในแก้วนั้น — เช่นเดียวกับบรรยากาศ — มีความโปร่งใสต่อแสงแดดแต่ทึบแสงถึงอินฟราเรด ในการอภิปรายเกี่ยวกับอุปกรณ์ดังกล่าว ฟูริเยร์ได้แสดงความเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงผลกระทบภายนอกขณะเล่น
ฟูริเยร์เข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์เรือนกระจกอย่างถูกต้อง นั่นคือหลักการของความสมดุลของพลังงานและผลกระทบที่ไม่สมมาตรของบรรยากาศที่มีต่อแสงที่เข้ามาเทียบกับอินฟราเรดที่ส่งออก ฟิสิกส์ที่เหลือต้องใช้เวลาอีกเกือบสองศตวรรษในการแยกแยะ และงานก็ยังไม่เสร็จ เช่นเดียวกับกฎการแผ่รังสีวัตถุสีดำของสเตฟาน-โบลต์ซมัน ปรากฏการณ์อื่นๆ ที่ไม่เข้าใจในเวลาของฟูริเยร์รวมถึงบทบาทของการพาความร้อนในการทำให้อุณหภูมิบรรยากาศลดลงตามความสูง ความสำคัญของการลดลงนี้ในการลดอุณหภูมิเฉลี่ยที่ดาวเคราะห์แผ่ออกไป อวกาศ บทบาทขององค์ประกอบบรรยากาศเล็กน้อย (โดยเฉพาะคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ) ในการกำหนดความทึบแสงอินฟราเรด ทฤษฎีควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับการดูดกลืนและการปล่อยอินฟราเรด ธรรมชาติแบบไดนามิกของไอน้ำและการป้อนกลับแบบแผ่รังสีที่ตามมา และคุณสมบัติทางแสงและจุลภาคของเมฆ เรียงความของฟูริเยร์กำหนดวาระสำหรับงานนี้ส่วนใหญ่ ความเข้าใจที่ไม่เพียงพอเกี่ยวกับการไล่ระดับอุณหภูมิในแนวตั้ง ไอน้ำ และเมฆยังคงก่อให้เกิดภัยพิบัติต่อทฤษฎีภูมิอากาศของเรา
สิ่งที่สำคัญพอๆ กับสิ่งที่ฟูริเยร์ทำถูกคือสิ่งที่เขาทำผิดอย่างน่าทึ่ง ฟูริเยร์เชื่อว่าโลกได้รับความร้อนจำนวนมากโดยตรงจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ซึ่งเขาควรจะมีอุณหภูมิที่เทียบได้กับอุณหภูมิของฤดูหนาวที่ขั้วโลก แนวคิดนี้ไม่ได้ไร้สาระในตัวเอง แต่สิ่งที่น่าสังเกตก็คือ ในการมาถึงข้อสรุปนี้ ฟูริเยร์ปฏิเสธโดยไม่มีสาเหตุให้อธิบายทางเลือกอื่นที่เขารู้ และแท้จริงแล้วอ้างถึงในบทความเดียวกัน: ความเฉื่อยทางความร้อนและบรรยากาศ–การขนส่งความร้อนในมหาสมุทร ซึ่ง ทำให้ขั้วโลกและกลางคืนอบอุ่นโดยไม่จำเป็นต้องทำให้เกิดความร้อนไหลบ่าเข้ามาจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ปัญหาของฟูริเยร์คือเขาตกหลุมรักกับแนวคิดหนึ่ง และตาบอดต่อสิ่งที่เขารู้ บทเรียนวัตถุสำหรับวันนี้?
คนรุ่นต่อๆ ไปจะคิดอย่างไรกับความพยายามที่จะเข้าใจสภาพอากาศและทำนายทิศทางในอนาคตของเรา ตัวฉันเองรู้สึกอึดอัดใจที่ นักเขียนเรียงความเรื่อง Nature ในอนาคตบางคน อาจมองย้อนกลับไปและสงสัยว่าเราจะละเลยหลักฐานมากมายที่แสดงว่าสภาพอากาศของโลกสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากและเป็นหายนะมากกว่าที่แบบจำลองของเราคาดการณ์ไว้เว็บสล็อต
