ЭКЗОСФЕРА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ, ФУНКЦИИ И ТЕМПЕРАТУРА - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - 2026

Экзосферы являются внешним слоем атмосферы планеты или спутника, составляющих верхнего предела или границы с наружным пространством. На планете Земля этот слой простирается над термосферой (или ионосферой) на высоте 500 км над земной поверхностью.

Экзосфера Земли имеет толщину около 10 000 км и состоит из газов, которые сильно отличаются от тех, которые составляют воздух, которым мы дышим на поверхности Земли.

Рисунок 1. Слои атмосферы Земли. Источник: Esteban1216, Wikimedia Commons. В экзосфере и плотность газовых молекул, и давление минимальны, а температура высока и остается постоянной. В этом слое газы рассеиваются, уходя в космическое пространство.

характеристики

Экзосфера представляет собой переходный слой между атмосферой Земли и межпланетным пространством. Он имеет очень интересные физико-химические характеристики и выполняет важные функции защиты планеты Земля.

Поведение

Основной определяющей характеристикой экзосферы является то, что она не ведет себя как газообразный флюид, как внутренние слои атмосферы. Частицы, из которых он состоит, постоянно уходят в открытый космос.

Поведение экзосферы - результат действия набора отдельных молекул или атомов, которые следуют своей траектории в гравитационном поле Земли.

Свойства атмосферы

Свойства, которые определяют атмосферу: давление (P), плотность или концентрация составляющих газов (количество молекул / V, где V - объем), состав и температура (T). В каждом слое атмосферы эти четыре свойства различаются.

Эти переменные не действуют независимо, но связаны газовым законом:

P = dRT, где d = число молекул / V, а R - газовая постоянная.

Этот закон выполняется только при достаточном количестве столкновений между молекулами, составляющими газ.

В нижних слоях атмосферы (тропосфере, стратосфере, мезосфере и термосфере) смесь газов, составляющих ее, может рассматриваться как газ или жидкость, которые можно сжимать, температура, давление и плотность которых связаны законом газы.

При увеличении высоты или расстояния от поверхности земли давление и частота столкновений между молекулами газа значительно уменьшаются.

На высоте 600 км и выше этого уровня атмосферу следует рассматривать по-другому, поскольку она больше не ведет себя как газ или однородная жидкость.

Физическое состояние экзосферы: плазма

Физическое состояние экзосферы - это состояние плазмы, которое определяется как четвертое агрегатное состояние или физическое состояние материи.

Плазма - это жидкое состояние, в котором практически все атомы находятся в ионной форме, то есть все частицы имеют электрические заряды и присутствуют свободные электроны, не связанные с какой-либо молекулой или атомом. Его можно определить как жидкую среду частиц с положительными и отрицательными электрическими зарядами, электрически нейтральную.

Плазма проявляет важные коллективные молекулярные эффекты, такие как ее реакция на магнитное поле, формируя такие структуры, как лучи, волокна и двойные слои. Физическое состояние плазмы как смеси в виде суспензии ионов и электронов имеет свойство быть хорошим проводником электричества.

Это наиболее распространенное физическое состояние во Вселенной, образующее межпланетную, межзвездную и межгалактическую плазму.

Рисунок 2. Атмосфера Земли на фоне Луны. Источник: НАСА, через Wikimedia Commons.

Химический состав

Состав атмосферы меняется в зависимости от высоты или расстояния от поверхности Земли. Состав, состояние перемешивания и степень ионизации являются определяющими факторами, позволяющими различать вертикальную структуру в слоях атмосферы.

Газовая смесь из-за турбулентности практически равна нулю, а ее газообразные компоненты быстро разделяются путем диффузии.

В экзосфере смесь газов ограничена градиентом температуры. Газовая смесь из-за турбулентности практически равна нулю, а ее газообразные компоненты быстро разделяются путем диффузии. На высоте более 600 км отдельные атомы могут ускользнуть от гравитационного воздействия Земли.

Экзосфера содержит низкие концентрации легких газов, таких как водород и гелий. Эти газы широко рассредоточены в этом слое с очень большими пустотами между ними.

Экзосфера также имеет в своем составе другие менее легкие газы, такие как азот (N ₂ ), кислород (O ₂ ) и углекислый газ (CO ₂ ), но они расположены вблизи экзобазы или баропаузы (области экзосферы, которая ограничивает с термосферой или ионосферой).

Скорость убегания молекул из экзосферы

В экзосфере молекулярные плотности очень низкие, то есть в единице объема очень мало молекул, и большая часть этого объема представляет собой пустое пространство.

Просто потому, что есть огромные пустые пространства, атомы и молекулы могут путешествовать на большие расстояния, не сталкиваясь друг с другом. Вероятность столкновения молекул очень мала, практически равна нулю.

В отсутствие столкновений более легкие и быстрые атомы водорода (H) и гелия (He) могут достигать таких скоростей, что они могут покинуть гравитационное поле притяжения планеты и выйти из экзосферы в межпланетное пространство. ,

Улет в космос атомов водорода из экзосферы (оцениваемый примерно в 25 000 тонн в год), несомненно, способствовал значительным изменениям химического состава атмосферы на протяжении геологической эволюции.

Остальные молекулы в экзосфере, кроме водорода и гелия, имеют низкие средние скорости и не достигают своей убегающей скорости. Для этих молекул скорость ухода в космическое пространство невысока, и вылет происходит очень медленно.

температура

В экзосфере понятие температуры как меры внутренней энергии системы, то есть энергии движения молекул, теряет смысл, поскольку молекул очень мало и много пустого пространства.

Научные исследования сообщают о чрезвычайно высоких температурах экзосферы, в среднем порядка 1500 К (1773 ° C), которые остаются постоянными с высотой.

Характеристики

Экзосфера является частью магнитосферы, поскольку магнитосфера простирается на расстояние от 500 км до 600 000 км от поверхности Земли.

Магнитосфера - это область, где магнитное поле планеты отклоняет солнечный ветер, наполненный частицами очень высокой энергии, вредными для всех известных форм жизни.

Таким образом экзосфера представляет собой слой защиты от частиц высокой энергии, испускаемых Солнцем.

Ссылки

1. Брассер, Г. и Джейкоб, Д. (2017). Моделирование химии атмосферы. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
2. Харгривз, Дж. К. (2003). Солнечно-земная среда. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
3. Камеда С., Тавров А., Осада Н., Мураками Г., Кейго К. и др. (2018). ВУФ-спектроскопия экзопланетной экзосферы Земли. Европейский конгресс по планетарной науке 2018. Тезисы EPSC. Том 12, EPSC2018-621.
4. Ричи, Г. (2017). Атмосферная химия. Оксфорд: World Scientific.
5. Тинсли, Б.А., Ходжес, Р.Р. и Рорбо, Р.П. (1986). Модели Монте-Карло для земной экзосферы в течение солнечного цикла. Журнал геофизических исследований: знамя космической физики. 91 (A12): 13631-13647. DOI: 10.1029 / JA091iA12p13631.