- vlastnosti
- Chování
- Vlastnosti atmosféry
- Fyzikální stav exosféry: plazma
- Chemické složení
- Molekulární úniková rychlost z exosféry
- Teplota
- Funkce
- Reference
Exosféra je vnější vrstva atmosféry planety nebo satelitu, tvořící horní hranici nebo hranici s vnějším prostorem. Na planetě Zemi se tato vrstva rozprostírá nad termosférou (nebo ionosférou), od 500 km nad zemským povrchem.
Pozemská exosféra je tlustá asi 10 000 km a je tvořena plyny, které se velmi liší od plynů, které vytvářejí vzduch, který dýcháme na zemský povrch.
Obrázek 1. Vrstvy zemské atmosféry. Zdroj: Esteban1216, z Wikimedia Commons V exosféře jsou hustota plynných molekul i tlak minimální, zatímco teplota je vysoká a zůstává konstantní. V této vrstvě jsou plyny rozptýleny a unikají do vesmíru.
vlastnosti
Exosféra tvoří přechodovou vrstvu mezi zemskou atmosférou a meziplanetárním prostorem. Má velmi zajímavé fyzikální a chemické vlastnosti a plní důležité funkce ochrany planety Země.
Chování
Hlavní definující charakteristikou exosféry je to, že se nechová jako plynná tekutina, jako vnitřní vrstvy atmosféry. Částice, které ji tvoří, neustále unikají do vesmíru.
Chování exosféry je výsledkem souboru jednotlivých molekul nebo atomů, které sledují jejich vlastní trajektorii v gravitačním poli Země.
Vlastnosti atmosféry
Vlastnosti, které definují atmosféru, jsou: tlak (P), hustota nebo koncentrace základních látek (počet molekul / V, kde V je objem), složení a teplota (T). V každé vrstvě atmosféry se tyto čtyři vlastnosti liší.
Tyto proměnné nepůsobí samostatně, ale jsou spojeny zákonem o plynu:
P = dRT, kde d = počet molekul / V a R je plynová konstanta.
Tento zákon je splněn pouze tehdy, existuje-li dostatečných kolizí mezi molekulami, které tvoří plyn.
Ve spodních vrstvách atmosféry (troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra) může být směs plynů, které ji tvoří, zpracována jako plyn nebo kapalina, která může být stlačena, jejichž teplota, tlak a hustota jsou spojeny zákonem plyny.
Zvýšením výšky nebo vzdálenosti od zemského povrchu se výrazně snižuje tlak a frekvence srážek mezi molekulami plynu.
V nadmořské výšce 600 km a nad touto hladinou musí být atmosféra posuzována jinak, protože se již nechová jako plyn nebo homogenní tekutina.
Fyzikální stav exosféry: plazma
Fyzický stav exosféry je plazma, která je definována jako čtvrtý stav agregace nebo fyzický stav hmoty.
Plazma je tekutý stav, kde prakticky všechny atomy jsou v iontové formě, to znamená, že všechny částice mají elektrické náboje a jsou přítomny volné elektrony, které nejsou vázány na žádnou molekulu nebo atom. Může být definována jako tekuté médium částic s kladnými a zápornými elektrickými náboji, elektricky neutrální.
Plazma vykazuje důležité kolektivní molekulární účinky, jako je reakce na magnetické pole, formování struktur, jako jsou paprsky, vlákna a dvojité vrstvy. Fyzikální stav plazmy, jako směs ve formě suspenze iontů a elektronů, má tu vlastnost, že je dobrým vodičem elektřiny.
Je to nejběžnější fyzický stav ve vesmíru, který tvoří meziplanetární, mezihvězdné a mezigalaktické plazmy.
Obrázek 2. Zemská atmosféra, v pozadí Měsíc. Zdroj: NASA, přes Wikimedia Commons
Chemické složení
Složení atmosféry se mění s výškou nebo vzdáleností od zemského povrchu. Složení, stav míchání a stupeň ionizace jsou určující faktory pro rozlišení vertikální struktury ve vrstvách atmosféry.
Směs plynů v důsledku turbulence je prakticky nulová a její plynné složky se rychle difúzí oddělují.
V exosféře je směs plynů omezena teplotním gradientem. Směs plynů v důsledku turbulence je prakticky nulová a její plynné složky se rychle difúzí oddělují. Nad výškou 600 km mohou jednotlivé atomy uniknout z gravitačního tahu Země.
Exosféra obsahuje nízké koncentrace lehkých plynů, jako je vodík a helium. Tyto plyny jsou v této vrstvě široce rozptýleny a mezi nimi jsou velmi velké mezery.
Exosphere má také jiné méně lehké plyny ve svém složení, jako je dusík (N 2), kyslík (O 2) a oxid uhličitý (CO 2), ale ty jsou umístěny v blízkosti exobázy nebo baropauzy (oblast exosféry, která omezuje s termosférou nebo ionosférou).
Molekulární úniková rychlost z exosféry
V exosféře jsou molekulární hustoty velmi nízké, to znamená, že existuje velmi málo molekul na jednotku objemu a většina z tohoto objemu je prázdný prostor.
Jen proto, že existují obrovské prázdné prostory, atomy a molekuly mohou cestovat na velké vzdálenosti, aniž by se vzájemně střetávaly. Pravděpodobnost kolizí mezi molekulami je velmi malá, prakticky nulová.
Při absenci kolizí mohou lehčí a rychlejší atomy vodíku (H) a helia (He) dosáhnout rychlosti, takže mohou uniknout gravitačnímu poli přitažlivosti planety a opustit exosféru do meziplanetárního prostoru..
Únik atomů vodíku do vesmíru z exosféry (odhadovaný na přibližně 25 000 tun za rok) jistě přispěl k významným změnám chemického složení atmosféry během geologické evoluce.
Zbytek molekul v exosféře, kromě vodíku a helia, má nízkou průměrnou rychlost a nedosahuje jejich únikové rychlosti. U těchto molekul je rychlost úniku do vesmíru nízká a k úniku dochází velmi pomalu.
Teplota
V exosféře ztrácí pojem teploty jako míra vnitřní energie systému, tj. Energie molekulárního pohybu, protože existuje jen velmi málo molekul a mnoho prázdného prostoru.
Vědecké studie uvádějí extrémně vysoké teploty exosféry, v průměru řádově 1500 K (1773 ° C), které zůstávají s výškou konstantní.
Funkce
Exosféra je součástí magnetosféry, protože magnetosféra se rozkládá mezi 500 km a 600 000 km od povrchu Země.
Magnetosféra je oblast, kde magnetické pole planety vychyluje sluneční vítr, který je zatížen velmi vysokými energetickými částicemi, škodlivými pro všechny známé formy života.
Tímto způsobem exosféra tvoří vrstvu ochrany proti vysokoenergetickým částicím emitovaným Sluncem.
Reference
- Brasseur, G. a Jacob, D. (2017). Modelování atmosféry v atmosféře. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, JK (2003). Sluneční terestrické prostředí. Cambridge: Cambridge University Press.
- Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. a kol. (2018). VUV spektroskopie pro pozemní exoplanetární exosféru. Evropský planetární vědecký kongres 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
- Ritchie, G. (2017). Atmosférická chemie. Oxford: World Scientific.
- Tinsley, BA, Hodges, RR a Rohrbaugh, RP (1986). Modely Monte Carlo pro pozemskou exosféru během slunečního cyklu. Žurnál geofyzikálního výzkumu: Banner vesmírné fyziky. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.