Характеристики экзосферы, химический состав, функции и температура



экзосфера является самым внешним слоем атмосферы планеты или спутника, составляющим верхний предел или границу с космическим пространством. На планете Земля этот слой простирается над термосферой (или ионосферой), на 500 км над поверхностью земли.

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

В экзосфере как плотность газовых молекул, так и давление минимальны, а температура высока и остается постоянной. В этом слое газы рассеиваются, уходя в космос.

индекс

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Поведение
    • 1.2 Свойства атмосферы
    • 1.3 Физическое состояние экзосферы: плазма
  • 2 Химический состав
    • 2.1 Молекулярная скорость выхода из экзосферы
  • 3 Температура
  • 4 функции
  • 5 ссылок

черты

Экзосфера - это переходный слой между атмосферой Земли и межпланетным пространством. Он имеет очень интересные физические и химические характеристики и выполняет важные защитные функции планеты Земля..

поведение

Основная характеристика, которая определяет экзосферу, состоит в том, что она не ведет себя как газообразная жидкость, как внутренние слои атмосферы. Частицы, из которых он состоит, постоянно уходят в космос.

Поведение экзосферы является результатом набора отдельных молекул или атомов, которые следуют своей собственной траектории в земном гравитационном поле.

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 варьируются.

Эти переменные не действуют независимо, но связаны законом газов:

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

Этот закон соблюдается, только если между молекулами, из которых состоит газ, достаточно ударов.

В нижних слоях атмосферы (тропосфере, стратосфере, мезосфере и термосфере) смесь газов, составляющих ее, может рассматриваться как газ или жидкость, которая может быть сжата, чья температура, давление и плотность связаны через закон газы.

Увеличивая высоту или расстояние до поверхности земли, давление и частота столкновений между молекулами газов значительно уменьшаются..

На высоте 600 км и выше этого уровня мы должны рассматривать атмосферу 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 состояние агрегации или физическое состояние вещества..

Плазма - это состояние жидкости, где 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 имеет важные коллективные молекулярные эффекты, такие как ее реакция на магнитное поле, образуя структуры, такие как лучи, нити 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..

Химический состав

Состав атмосферы меняется в зависимости от высоты или расстояния до поверхности Земли. Состав, состояние перемешивания и степень ионизации являются определяющими факторами для различения вертикальной структуры в слоях атмосферы..

Смесь газов из-за турбулентности практически равна нулю, а ее газообразные компоненты быстро разделяются диффузией.

В экзосфере смесь газов ограничена градиентом температуры. Смесь газов из-за турбулентности практически равна нулю, а ее газообразные компоненты быстро разделяются диффузией. Выше 600 км над уровнем моря отдельные атомы могут вырваться из силы притяжения Земли.

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

В экзосфере также есть другие менее легкие газы, такие как азот (N2), кислород (O2) и углекислый газ (CO2), но они расположены вблизи экзобазы или баропаузы (зоны экзосферы, которая граничит с термосферой или ионосферой).

Молекулярная скорость выхода из экзосферы

В экзосфере молекулярные плотности очень низки, то есть очень мало молекул на единицу объема, и большая часть этого объема является пустым пространством.

Из-за того, что есть огромные пустые пространства, атомы и молекулы могут перемещаться на большие расстояния, не сталкиваясь друг с другом. Вероятность столкновения между молекулами очень мала, практически равна нулю.

При таком отсутствии столкновений атомы водорода (H) и гелия (He), легче и быстрее, могут достигать скоростей, которые позволяют им вырваться из поля притяжения планеты и покинуть экзосферу в направлении межпланетного пространства..

Вылет в космос атомов водорода из экзосферы (оценивается в 25 000 тонн в год), безусловно, способствовал серьезным изменениям химического состава атмосферы в течение всей геологической эволюции..

Остальные молекулы в экзосфере, кроме водорода и гелия, имеют низкие средние скорости и не достигают своей скорости убегания. Для этих молекул скорость выхода в космическое пространство низкая, и выход происходит очень медленно.

температура

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

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

функции

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

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

Вот как экзосфера представляет собой слой защиты от высокоэнергетических частиц, испускаемых Солнцем..

ссылки

  1. Брассер Г. и Джейкоб Д. (2017). Моделирование атмосферной химии. Кембридж: издательство Кембриджского университета.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Солнечно-земная среда. Кембридж: издательство Кембриджского университета.
  3. Камеда С., Тавров А., Осада Н., Мураками Г., Кейго, К. и другие. (2018). ВУФ-спектроскопия для экзопланетарной экзосферы Земли. Европейский планетарный научный конгресс 2018. Тезисы EPSC. Том 12, EPSC2018-621.
  4. Ричи Г. (2017). Атмосферная химия Оксфорд: Всемирный научный.
  5. Тинсли Б.А., Ходжес Р.Р. и Rohrbaugh, R.P. (1986). Модели Монте-Карло для земной экзосферы в течение солнечного цикла. Журнал геофизических исследований: Баннер космической физики. 91 (А12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.