وضاءة

الوضاءة أو البياض (Albedo)‏ هي قدرة جسم ما على عكس الضوء الساقط عليه من مصدر ضوئي كالشمس. وهو مصلح أكثر خاصية من الانعكاسية reflectivity، فتعرف الوضاءة بأنها قدرة الجسم على عكس "كافة" الأشعة الكهرومغناطيسية على اختلاف طول موجتها. تعطى الوضاءة كرقم بلا وحدات، فهي النسبة بين الأشعة المنعكسة على سطح إلى الأشعة الساقطة عليه (أي أن الوضاءة Albedo 0,9 تعادل 90 % لانعكاس الأشعة من على سطحه).

أول من أدخل هذا التعريف هو يوهان لامبرت سنة 1760 في موضوع حول البصريات. تعدّ الوضاءة هامة في علم الفلك وعلم المناخ ورسوم الحاسوب والمحاكاة بالحاسوب. فيعبر عن الوضاءة في علم المناخ بنسبة مئوية وتعتمد قيمته على تردد الشعاع المعتبر. وبشكل عام يعتمد الوضاءة على اتجاه وتوزع الشعاع القادم. والاستثناء هو سطح لامبرتيان Lambertian والتي تبعثر كافة الأشعة القادمة على شكل منحنى الجيب. لذلك لا يعتمد الوضاءة على توزع الشعاع القادم. وتتطلب بعض حالات تحديد خواص التبعثر إيجاد دالة ثنائية توزيع الانعكاس (bidirectional reflectance distribution function)‏ على الرغم من أن الوضاءة يعطي نتائج أولية جيدة.

نسبة أشعة الشمس المنعكسة تحت تأثير ظروف مختلفة للأرض

الوضاءة الأرضية

تتراوح قيمة الوضاءة لمادة ما في الضوء المرئي بين قيمة 0.9 للثلج الجديد و0.04 للفحم الحجري وهو واحد من أكثر المواد سوادًا. وتصل قيمة الوضاءة لـ الجسم الأسود إلى الصفر. تختلف قيمة الوضاءة على سطح الأرض تبعًا للتضاريس، فمثلًا قيمة وضاءة المحيط منخفضة وكذلك بالنسبة للغابات بينما تملك الصحراء قيمة من أعلى قيم الوضاءة في المناطق المختلفة. تتراوح قيمة الوضاءة على سطح الكرة الأرضية بين 0.1 و 0.4 وتبلغ قيمة متوسط الوضاءة لكوكب الأرض حوالي 0.3 وهو أعلى بكثير من قيمة وضاءة المحيط المكون الأساسي للأرض بسبب مساهمة الغيوم برفع القيمة.

لقد غيرت النشاطات الإنسانية في العديد من المناطق حول الأرض من قيمة الوضاءة (على سبيل المثال تدمير الغابات) وتعيين قيمة التغير تكون صعبة نوعًا ما. يعدّ تأثير الحرارة على وضاءة الثلج مثال تقليدي على الوضاءة، فإذا غطى الثلج منطقة ما ثم ارتفعت الحرارة بشكل أدى إلى ذوبان الثلوج فإن الوضاءة ستتأثر وبتناقص، بسبب الامتصاص الأكبر لأشعة الشمس وازدياد درجة الحرارة. والعكس صحيح في حالة حدوث دورة تبريد. تعتمد كثافة أثر الوضاءة على مدى تغير الوضاءة وكمية الأشعاع الشمسي. لذلك تعدّ المناطق المدارية ذات القيمة الأعلى للبياض (الوضاءة).

عادة يتم تحديد الوضاءة عن طريق معرفة الامتصاص الأرضي بواسطة أجهزة استشعار ملحقة بالأقمار الصناعية، مثل تلك المركبة على القمرين تيرا Terra وأكوا Aqua. يتعلق متوسط درجة الحرارة على سطح الأرض بدرجة الوضاءة والاحتباس الحراري، وتبلغ متوسط درجة الحرارة على الأرض حوالي 15 درجة مئوية. تكون القيمة للكواكب المتجمدة (ذات نسبة انعكاس عالية) حوالي - 40 درجة مئوية.

وضاءة السماء البيضاء والسماء المظلمة

تبين أن درجة الوضاءة في العديد من التطبيقات الأرضية ترتبط بزاوية السمتzenith angle ${\displaystyle {heta_{i}}}$ الشمسية.

يشار أحيانًا إلى اتجاه الانعكاس الكروي بوضاءة السماء السوداء والانعكاس الكروي العكسي بوضاءة السماء البيضاء. وتعدّ هاتين المركبتين مهمتين فهما تمكننا من حساب الوضاءة في أي ظروف إضاءة عن طريق معرفة خصائص الأساسية للسطح.

الوضاءة الفلكية

يمكننا تحديد قيمة الوضاءة للكواكب والأقمار والأجسام الفضائية من معرفة العديد من خصائصه. يعتمد تحديد الوضاءة على طول الموجة وزاوية الإضاءة والاختلاف الزمني. إن أكثر المعلومات التي نحصل عليها لجسم فضائي بعيد جدًا بحيث لا يمكن مراقبته بواسطة التلسكوب تتم بواسطة درجة الوضاءة. فعلى سبيل المثال عن طريق تحديد وضاءة جسم ما في النظام الشمسي يمكننا تحديد نسبة الجليد على سطحه الخارجي. كما أن تغير الوضاءة مع زاوية الاضاء يعطي فكرة عن الطبقة المغطية للصخور.

يعدّ إنقليدس إحدى أقمار زحل من أكثر الأجسام الفضائية في النظام الشمسي ذات درجة وضاءة عالية تصل إلى 0.99. كما أن إريس ذو درجة وضاءة عالية تصل إلى 0.86. توجد العديد من الأجسام خارج النظام الشمسي وضمن حزام الكويكبات ذات نسبة وضاءة أقل من 0.05. قيمة الوضاءة لنواة المذنب تكون حوالي 0.04.

يوجد نوعان للوضاءة يستخدمان بشكل شائع الأول الوضاءة الهندسية (يقيس سطوع الإضاءة من على سطح عندما يكون الشعاع الساقط أتيًا من خلف المشاهد) والنوع الثاني وضاءة بوند (ويقيس مجموع الكلي للطاقة الكهرومغناطيسية المنعكسة). تعطى قيمة البياض الهندسي A ${\displaystyle A=\left({\frac {1329\times 10^{-H/5}}{D}}\right)^{2}}$

حيث D القطر مقدرا بالكيلومتر H القيمة المطلقة المقاسة

أنواع أخرى من الوضاءة

يستخدم وضاءة التبعثر الوحيد لتحديد بعثرة الموجات الكهرومغناطيسية على الجسيمات الصغيرة. ذلك يعتمد على خصائص المادة (الانكسار) ؛ حجم الجسيمات أو الجزيئات، والطول الموجي للإشعاع واردة.

بعض الأمثلة على الوضاءة

المناطق المدارية

على الرغم من أن الوضاءة والحرارة لها تأثير على المناطق الأبرد في الأرض. بسبب تساقط الثلوج إلا أنها ذات قيمة أعلى في المناطق المدارية بسبب كمية الإشعاع شمسي

الوضاءة لمجالات أصغر

البياض يعمل على نطاق أصغر، أيضا. الناس الذين يرتدون ملابس سوداء في الصيف وضعت نفسها في خطر أكبر من الاصابة بضربة شمس من هؤلاء الذين يرتدون ملابس أخف اللون

الأشجار

بما أن الأشجار تنزع إلى خفض الوضاءة، فإن إزالة الغابات من شأنه أن يزيد الوضاءة، وبالتالي يمكن أن تنتج محليا المناخ التبريد. رد فعل الغيم يزيد من تعقيد هذه المسألة. موسميا في مناطق تغطيها الثلوج، قيمة الوضاءة في فصل الشتاء في المناطق غير المشجرة تزيد بين 10 ٪ إلى 50 ٪ عن المناطق الحرجية القريبة لأن الثلوج لا تغطي أشجار بسهولة. الأشجار المتساقطة الأوراق لها قيمة وضاءة لها تصل بين 0.15 إلى 0.18 بينما الأشجار الصنوبرية تكون قيمتها حوالي 0.09 إلى 0.15 ، والفرق بين المتساقطة والأشجار الصنوبرية لأن الصنوبرية هي أكثر قتامة بوجه عام، وذات شكل مخروطية.

الثلج

تصل قيمة الوضاءة في المناطق المغطاة بالثلوج إلى 0.9، وهذا، هذه القيمة مثالية من أجل ثلوج جديدة العميق فوق أرض خالية. تبلغ قيمة البياض في القارة القطبية الجنوبية بشكل متوسط ما يزيد قليلا على 0.8. إذا غطيت الثلوج مناطق هامشية تميل إلى ارتفاع درجة حرارة المنطقة، ويميل إلى ذوبان الثلوج، وتخفيض البياض، وبالتالي يؤدي إلى مزيد من ذوبان الجليد.

الغيوم

الغيوم هي مصدر آخر للوضاءة التي تلعب دورا في معادلة الاحترار العالمي. هناك أنواع مختلفة من الغيوم لها قيم مختلفة من الوضاءة، تتراوح من الناحية النظرية على الأقل بالقرب من 0 إلى حد أقصى يقترب من 0.8. "في أي يوم من الأيام، فإن ما يقرب من نصف الكرة الأرضية التي تغطيها الغيوم، تعكس من ضوء الشمس أكثر مما تعكسه الأرض والمياه. فالغيوم تبقي الأرض باردة بسبب عكس أشعة الشمس.

الوضاءة والمناخ في بعض المناطق التي تعاني من الغيوم الاصطناعية، مثل تلك التي أوجدتها الكونتريلز من حركة المرور الكثيفة طائرة تجارية. دراسة في أعقاب إحراق حقول النفط الكويتية من قبل صدام حسين أظهرت ان درجات الحرارة تحت النيران والنفط المحترق وبقدر ما 10oc ابرد من درجة الحرارة على بعد عدة كيلومترات تحت سماء صافية

المياه

يعكس المياه الضوء بطريقة مختلفة جدا عن المواد الأرضية الأخرى. تحسب الانعكاسية للمياه السطحية باستخدام معادلات فريسنل.

على الرغم من أن انعكاسية المياه منخفضة جدا من أجل زوايا ورود صغيرة ومتوسطة للضوء، إلا أنه يزيد بشكل كبير من أجل زوايا كبيرة للضوء مثل تلك التي تحدث على جوانب الأرض بالقرب من خط الفصل اللأرضي (في الصباح الباكر، وبعد الظهر بالقرب من القطبين). بما أن الضوء الذي ينعكس من المياه عادة لا يصل إلى المشاهد، تعدّ المياه عادة ذات وضاءة متدنية جدا على الرغم من انعكاس العالي عند زوايا الورود الكبيرة للضوء الساقط

مقالات ذات صلة

• جيولوجيا المريخ (قسم وضاءة المريخ)

المراجع

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة طاقة
• موسوعة علم الفلك
• موسوعة علم طبقات الأرض
• موسوعة علوم الأرض