ЕКЗОСФЕРА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СЪСТАВ, ФУНКЦИИ И ТЕМПЕРАТУРА - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

В exosphere е най-външния слой на атмосферата на планета или спътник, което представлява горната граница или граница с космоса. На планетата Земя този слой се простира над термосферата (или йоносферата), от 500 км над земната повърхност.

Земната екзосфера е с дебелина около 10 000 км и е съставена от газове, много различни от тези, които съставляват въздуха, който дишаме на земната повърхност.

Фигура 1. Слоеве на земната атмосфера. Източник: Esteban1216, от Wikimedia Commons В екзосферата плътността на газообразните молекули и налягането са минимални, докато температурата е висока и остава постоянна. В този слой газовете се разпръскват, избягвайки в космическото пространство.

характеристики

Екзосферата представлява преходния слой между земната атмосфера и междупланетното пространство. Той има много интересни физически и химични характеристики и изпълнява важни функции за защита на планетата Земя.

Поведение

Основната определяща характеристика на екзосферата е, че тя не се държи като газообразна течност, като вътрешните слоеве на атмосферата. Частиците, които го съставят, непрекъснато избягват в космоса.

Поведението на екзосферата е резултат от набор от отделни молекули или атоми, които следват собствената си траектория в гравитационното поле на Земята.

Свойства на атмосферата

Свойствата, които определят атмосферата, са: налягането (P), плътността или концентрацията на съставните газове (брой молекули / V, където V е обемът), съставът и температурата (T). Във всеки слой от атмосферата тези четири свойства варират.

Тези променливи не действат независимо, а са свързани със закона за газа:

P = dRT, където d = брой молекули / V и R е константата на газ.

Този закон се изпълнява само ако има достатъчно сблъсъци между молекулите, които съставляват газа.

В долните слоеве на атмосферата (тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера) сместа от газове, които я образуват, може да се третира като газ или течност, която може да се компресира, чиято температура, налягане и плътност са свързани чрез закона на газовете.

С увеличаване на височината или разстоянието от земната повърхност налягането и честотата на сблъсъците между газовите молекули значително намаляват.

На 600 км надморска височина и над това ниво атмосферата трябва да се разглежда по различен начин, тъй като тя вече не се държи като газ или хомогенна течност.

Физическо състояние на екзосферата: плазма

Физическото състояние на екзосферата е това на плазмата, което се определя като четвъртото състояние на агрегация или физическо състояние на материята.

Плазмата е състояние на течност, при което практически всички атоми са в йонна форма, тоест всички частици имат електрически заряди и има свободни електрони, които не са свързани с никаква молекула или атом. Може да се определи като течна среда от частици с положителни и отрицателни електрически заряди, електрически неутрални.

Плазмата проявява важни колективни молекулярни ефекти, като нейния отговор на магнитно поле, образувайки структури като лъчи, нишки и двойни слоеве. Физическото състояние на плазмата, като смес под формата на суспензия на йони и електрони, има свойството да бъде добър проводник на електричество.

Това е най-често срещаното физическо състояние във Вселената, образувайки междупланетни, междузвездни и междугалактични плазми.

Фигура 2. Земната атмосфера, на заден план луната. Източник: НАСА, чрез Wikimedia Commons

Химичен състав

Съставът на атмосферата варира с височина или разстояние от земната повърхност. Съставът, състоянието на смесване и степента на йонизация са определящи фактори за разграничаване на вертикалната структура в слоевете на атмосферата.

Газовата смес поради турбулентност на практика е нулева, а газообразните й компоненти бързо се отделят чрез дифузия.

В екзосферата сместа от газове е ограничена от температурния градиент. Газовата смес поради турбулентност на практика е нулева, а газообразните й компоненти бързо се отделят чрез дифузия. Над 600 км надморска височина отделни атоми могат да избягат от гравитационното дърпане на Земята.

Екзосферата съдържа ниски концентрации на леки газове като водород и хелий. Тези газове са широко диспергирани в този слой, с много големи празнини между тях.

Екзосферата има и други по-малко леки газове в състава си, като азот (N ₂), кислород (O ₂) и въглероден диоксид (CO ₂), но те са разположени в близост до екзобазата или баропаузата (площта на екзосферата, която ограничава с термосферата или йоносферата).

Молекулярна скорост на бягство от екзосферата

В екзосферата молекулните плътности са много ниски, тоест има много малко молекули на единица обем и по-голямата част от този обем е празно пространство.

Само защото има огромни празни пространства, атомите и молекулите могат да изминават големи разстояния, без да се сблъскват помежду си. Вероятностите от сблъсъци между молекулите са много малки, практически нулеви.

При липса на сблъсъци по-леките и по-бързи водородни (H) и хелиеви (He) атоми могат да достигнат скорост, така че да избягат от гравитационното поле на привличане на планетата и да излязат от екзосферата в междупланетното пространство., Бягството в космоса на водородни атоми от екзосферата (изчислено на около 25 000 тона годишно) със сигурност допринесе за големи промени в химичния състав на атмосферата по време на геоложката еволюция.

Останалите молекули в екзосферата, освен водород и хелий, имат ниски средни скорости и не достигат своята скорост на бягство. За тези молекули скоростта на бягство в космическото пространство е ниска и бягството става много бавно.

температура

В екзосферата понятието температура като мярка за вътрешната енергия на една система, тоест за енергията на молекулярното движение, губи смисъл, тъй като има много малко молекули и много празно пространство.

Научните изследвания отчитат изключително високи температури на екзосферата, от порядъка на 1500 K (1773 ° C) средно, които остават постоянни с височината.

Характеристика

Екзосферата е част от магнитосферата, тъй като магнитосферата се простира между 500 км и 600 000 км от повърхността на Земята.

Магнитосферата е областта, в която магнитното поле на планетата отклонява слънчевия вятър, който е натоварен с много високоенергийни частици, вредни за всички известни форми на живот.

Така екзосферата представлява слой на защита срещу високоенергийните частици, излъчвани от Слънцето.

Препратки

1. Brasseur, G. and Jacob, D. (2017). Моделиране на атмосферната химия. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). Слънчевата земна среда. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Камеда, С., Тавров, А., Осада, Н., Мураками, Г., Кейго, К. и др. (2018). VUV спектроскопия за наземна екзопланетна екзосфера. Европейски конгрес по планетарна наука 2018. EPSC Abstracts. Том 12, EPSC2018-621.
4. Ричи, Г. (2017). Атмосферна химия. Оксфорд: Световна научна.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR и Rohrbaugh, RP (1986). Моделите в Монте Карло за наземната екзосфера през слънчев цикъл. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.