- vlastnosti
- správanie
- Vlastnosti atmosféry
- Fyzikálny stav exosféry: plazma
- Chemické zloženie
- Molekulárna úniková rýchlosť z exosféry
- teplota
- Vlastnosti
- Referencie
Exosféra je vonkajšia vrstva atmosféry planéty alebo satelitu, tvoriace hornú hranicu alebo s vonkajším priestorom. Na planéte Zem sa táto vrstva rozkladá nad termosférou (alebo ionosférou), od 500 km nad zemským povrchom.
Pozemská exosféra je hrubá asi 10 000 km a pozostáva z plynov veľmi odlišných od plynov, ktoré vytvárajú vzduch, ktorý dýchame na zemský povrch.
Obrázok 1. Vrstvy zemskej atmosféry. Zdroj: Esteban1216, z Wikimedia Commons V exosfére sú hustota plynných molekúl aj tlak minimálny, zatiaľ čo teplota je vysoká a zostáva konštantná. V tejto vrstve sú plyny rozptýlené a unikajú do vonkajšieho priestoru.
vlastnosti
Exosféra predstavuje prechodnú vrstvu medzi zemskou atmosférou a medziplanetárnym priestorom. Má veľmi zaujímavé fyzikálne a chemické vlastnosti a plní dôležité funkcie ochrany planéty Zem.
správanie
Hlavnou definujúcou charakteristikou exosféry je, že sa nespráva ako plynná tekutina, ako sú vnútorné vrstvy atmosféry. Jeho základné častice neustále unikajú do vesmíru.
Správanie exosféry je výsledkom súboru jednotlivých molekúl alebo atómov, ktoré sledujú svoju vlastnú trajektóriu v gravitačnom poli Zeme.
Vlastnosti atmosféry
Vlastnosti, ktoré definujú atmosféru, sú: tlak (P), hustota alebo koncentrácia základných zložiek (počet molekúl / V, kde V je objem), zloženie a teplota (T). V každej vrstve atmosféry sa tieto štyri vlastnosti líšia.
Tieto premenné nekonajú nezávisle, ale súvisia so zákonom o plyne:
P = dRT, kde d = počet molekúl / V a R je plynová konštanta.
Tento zákon je splnený iba vtedy, ak existuje dostatok kolízií medzi molekulami, ktoré tvoria plyn.
V dolných vrstvách atmosféry (troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra) sa zmes plynov, ktoré ju tvoria, môže spracovať ako plyn alebo kvapalina, ktorá sa dá stlačiť, ktorých teplota, tlak a hustota sú spojené zákonom plyny.
Zvýšením výšky alebo vzdialenosti od zemského povrchu sa tlak a frekvencia zrážok medzi molekulami plynu výrazne znížia.
V nadmorskej výške 600 km a nad touto úrovňou sa musí atmosféra posudzovať iným spôsobom, pretože už sa správa ako plyn alebo homogénna tekutina.
Fyzikálny stav exosféry: plazma
Fyzikálny stav exosféry je plazma, ktorá je definovaná ako štvrtý stav agregácie alebo fyzický stav hmoty.
Plazma je tekutý stav, v ktorom sú prakticky všetky atómy v iónovej forme, to znamená, že všetky častice majú elektrické náboje a sú prítomné voľné elektróny, ktoré nie sú viazané na žiadnu molekulu alebo atóm. Môže byť definovaná ako tekuté médium častíc s kladnými a zápornými elektrickými nábojmi, elektricky neutrálne.
Plazma vykazuje dôležité kolektívne molekulárne účinky, ako je reakcia na magnetické pole, formovanie štruktúr, ako sú lúče, vlákna a dvojité vrstvy. Fyzikálny stav plazmy, ako zmes vo forme suspenzie iónov a elektrónov, má tú vlastnosť, že je dobrým vodičom elektriny.
Je to najbežnejší fyzický stav vo vesmíre, ktorý vytvára medziplanetárne, medzihviezdne a medzigalaktické plazmy.
Obrázok 2. Zemská atmosféra, v pozadí mesiac. Zdroj: NASA, prostredníctvom Wikimedia Commons
Chemické zloženie
Zloženie atmosféry sa mení s nadmorskou výškou alebo vzdialenosťou od zemského povrchu. Zloženie, stav miešania a stupeň ionizácie sú určujúce faktory na rozlíšenie vertikálnej štruktúry vo vrstvách atmosféry.
Zmes plynov v dôsledku turbulencie je prakticky nulová a jej plynné zložky sa difúziou rýchlo separujú.
V exosfére je zmes plynov obmedzená teplotným gradientom. Zmes plynov v dôsledku turbulencie je prakticky nulová a jej plynné zložky sa difúziou rýchlo separujú. V nadmorskej výške 600 km môžu jednotlivé atómy uniknúť z gravitačného ťahu Zeme.
Exosféra obsahuje nízke koncentrácie ľahkých plynov, ako je vodík a hélium. Tieto plyny sú v tejto vrstve široko rozptýlené a medzi nimi sú veľmi veľké medzery.
Exosféra má aj ďalšie menej ľahkých plynov vo svojom zložení, ako je dusík (N 2 ), kyslík (O 2 ) a oxid uhličitý (CO 2 ), ale tieto sa nachádzajú v blízkosti exobase alebo baropause (oblasti exosféra že limity s termosférou alebo ionosférou).
Molekulárna úniková rýchlosť z exosféry
V exosfére sú molekulové hustoty veľmi nízke, to znamená, že existuje veľmi málo molekúl na jednotku objemu a väčšina tohto objemu je prázdny priestor.
Len preto, že existujú obrovské prázdne priestory, atómy a molekuly môžu prejsť veľké vzdialenosti bez vzájomného zrážania. Pravdepodobnosť kolízií medzi molekulami je veľmi malá, prakticky nulová.
Pri absencii kolízií môžu ľahšie a rýchlejšie atómy vodíka (H) a hélia (He) dosiahnuť také rýchlosti, ktoré im umožnia uniknúť z gravitačného poľa planéty a mimo exosféry do medziplanetárneho priestoru. ,
Únik atómov vodíka z vesmíru z vesmíru (odhadovaný na približne 25 000 ton za rok) do vesmíru určite prispel k významným zmenám chemického zloženia atmosféry počas geologického vývoja.
Zvyšok molekúl v exosfére, okrem vodíka a hélia, má nízku priemernú rýchlosť a nedosahuje svoju únikovú rýchlosť. Pre tieto molekuly je miera úniku do vesmíru nízka a k úniku dochádza veľmi pomaly.
teplota
V exosfére stráca pojem teplota ako miera vnútornej energie systému, tj energie molekulárneho pohybu, význam, pretože existuje len veľmi málo molekúl a veľa prázdneho priestoru.
Vedecké štúdie uvádzajú extrémne vysoké teploty exosféry, v priemere rádovo 1500 K (1773 ° C), ktoré zostávajú konštantné s výškou.
Vlastnosti
Exosféra je súčasťou magnetosféry, pretože magnetosféra sa rozprestiera medzi 500 a 600 000 km od zemského povrchu.
Magnetosféra je oblasťou, kde magnetické pole planéty odkláňa slnečný vietor, ktorý je nabitý vysokoenergetickými časticami, ktorý je škodlivý pre všetky známe formy života.
Takto vytvára exosféra ochrannú vrstvu proti vysokoenergetickým časticiam emitovaným Slnkom.
Referencie
- Brasseur, G. a Jacob, D. (2017). Modelovanie atmosféry v atmosfére. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, JK (2003). Slnečné pozemné prostredie. Cambridge: Cambridge University Press.
- Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. a kol. (2018). VUV spektroskopia pre pozemskú exoplanetárnu exosféru. Európsky planetárny vedecký kongres 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
- Ritchie, G. (2017). Atmosférická chémia. Oxford: World Scientific.
- Tinsley, BA, Hodges, RR a Rohrbaugh, RP (1986). Modely Monte Carlo pre pozemskú exosféru počas slnečného cyklu. Žurnál geofyzikálneho výskumu: Vesmírna fyzika. 91 (A12): 13631 - 13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.