Charakteristiky exosféry, chemické zloženie, funkcie a teplota



exosféra je najvzdialenejšia vrstva atmosféry planéty alebo satelitu, ktorá predstavuje hornú hranicu alebo hranicu s vonkajším priestorom. Na planéte Zem táto vrstva siaha nad termosféru (alebo ionosféru), od 500 km nad zemským povrchom.

Exosféra Zeme je asi 10 000 km hrubá a skladá sa z plynov veľmi odlišných od plynov, ktoré tvoria vzduch, ktorý dýchame na povrchu Zeme..

V exosfére je minimálna hustota plynných molekúl a tlak, pričom teplota je vysoká a zostáva konštantná. V tejto vrstve sú plyny dispergované unikajúce do vesmíru.

index

  • 1 Charakteristiky
    • 1.1 Správanie
    • 1.2 Vlastnosti atmosféry
    • 1.3 Fyzikálny stav exosféry: plazma
  • 2 Chemické zloženie
    • 2.1 Molekulárna rýchlosť úniku z exosféry
  • 3 Teplota
  • 4 Funkcie
  • 5 Referencie

rysy

Exosféra je prechodová vrstva medzi zemskou atmosférou a medziplanetárnym priestorom. Má veľmi zaujímavé fyzikálne a chemické vlastnosti a plní dôležité ochranné funkcie planéty Zem.

správanie

Hlavnou charakteristikou, ktorá definuje exosféru je, že sa správa ako plynná tekutina, podobne ako vnútorné vrstvy atmosféry. Častice, ktoré ho tvoria, unikajú do vesmíru neustále.

Správanie sa exosféry je výsledkom súboru jednotlivých molekúl alebo atómov, ktoré sledujú svoju vlastnú trajektóriu v pozemskom gravitačnom poli..

Vlastnosti atmosféry

Vlastnosti, ktoré definujú atmosféru, sú: tlak (P), hustota alebo koncentrácia zložených plynov (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 plynov:

P = d.R.T, kde d = počet molekúl / V a R je plynová konštanta.

Tento zákon je splnený iba vtedy, ak medzi molekulami, ktoré tvoria plyn, existuje dosť šokov.

V dolných vrstvách atmosféry (troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra) sa zmes plynov, ktorá ju obsahuje, môže spracovať ako plyn alebo tekutina, ktorá sa môže stlačiť, ktorej teplota, tlak a hustota súvisia so zákonom zákona. plyny.

Zvýšením výšky alebo vzdialenosti od zemského povrchu sa značne znižuje tlak a frekvencia kolízií medzi molekulami plynov.

V nadmorskej výške 600 km a nad touto úrovňou musíme brať do úvahy atmosféru iným spôsobom, pretože sa už správa ako plyn alebo homogénna tekutina..

Fyzikálny stav exosféry: plazma

Fyzický stav exosféry je plazma, ktorá je definovaná ako štvrtý stav agregácie alebo fyzikálneho stavu hmoty.

Plazma je stav tekutiny, kde prakticky všetky atómy sú v iónovej forme, to znamená, že všetky častice majú elektrické náboje a existuje prítomnosť voľných elektrónov, ktoré nie sú viazané na žiadnu molekulu alebo atóm. Môže byť definovaný ako kvapalné médium častíc s pozitívnymi a negatívnymi elektrickými nábojmi, elektricky neutrálne.

Plazma má dôležité kolektívne molekulárne účinky, ako je jej reakcia na magnetické pole, tvoriace štruktúry, ako sú lúče, vlákna a dvojité vrstvy. Fyzikálny stav plazmy, ako zmesi vo forme suspenzie iónov a elektrónov, má schopnosť byť dobrým vodičom elektriny.

Je to najbežnejší fyzikálny stav vo vesmíre, ktorý vytvára medziplanetárne, medzihviezdne a intergalaktické plazmy.

Chemické zloženie

Zloženie atmosféry sa mení s výškou alebo vzdialenosťou k povrchu Zeme. Zloženie, stav miešania a stupeň ionizácie sú určujúcimi faktormi na rozlíšenie vertikálnej štruktúry vo vrstvách atmosféry.

Zmes plynov spôsobená turbulenciou je prakticky nulová a jej plynné zložky sú rýchlo separované difúziou.

V exosfére je zmes plynov obmedzená teplotným gradientom. Zmes plynov spôsobená turbulenciou je prakticky nulová a jej plynné zložky sú rýchlo separované difúziou. Nad 600 km nadmorskej výšky môžu jednotlivé atómy uniknúť gravitačnej ťahovej sile Zeme.

Exosféra obsahuje nízke koncentrácie ľahkých plynov, ako je vodík a hélium. Tieto plyny sú v tejto vrstve veľmi rozptýlené, pričom medzi nimi sú veľké medzery.

Exosféra má tiež iné menej ľahké plyny, ako je dusík (N2), kyslíka (O2) a oxidu uhličitého (CO2), ale tieto sa nachádzajú v blízkosti exobázy alebo baropauzy (zóna exosféry, ktorá ohraničuje termosféru alebo ionosféru).

Molekulová rýchlosť úniku z exosféry

V exosfére sú molekulové hustoty veľmi nízke, to znamená, že existuje len veľmi málo molekúl na jednotku objemu a väčšina tohto objemu je prázdny priestor..

Vzhľadom k tomu, že existujú obrovské prázdne priestory, atómy a molekuly sa môžu pohybovať na veľké vzdialenosti bez toho, aby sa navzájom zrazili. Pravdepodobnosť kolízií medzi molekulami je veľmi malá, prakticky nulová.

V takej neprítomnosti kolízií, vodíkové atómy (H) a hélium (He), ľahšie a rýchlejšie, môžu dosiahnuť rýchlosti, ktoré im umožnia uniknúť z poľa gravitačnej príťažlivosti planéty a nechať exosféru smerom k medziplanetárnemu priestoru.

Únik do priestoru vodíkových atómov z exosféry (odhadovaný na 25 000 ton ročne) určite prispel k veľkým zmenám chemického zloženia atmosféry počas celého geologického vývoja..

Zvyšok molekúl v exosfére, okrem vodíka a hélia, má nízke priemerné rýchlosti a nedosahuje svoju únikovú rýchlosť. U týchto molekúl je úniková rýchlosť do vesmíru nízka a únik nastáva veľmi pomaly.

teplota

V exosfére pojem teploty ako miery vnútornej energie systému, tj energie molekulárneho pohybu, stráca význam, pretože existuje veľmi málo molekúl a veľa prázdneho priestoru..

Vedecké štúdie uvádzajú extrémne vysoké teploty v exosfére v priemere 1500 K (1773 ° C), ktoré zostávajú konštantné s výškou.

funkcie

Exosféra je súčasťou magnetosféry, pretože magnetosféra sa rozprestiera medzi 500 km a 600 000 km od povrchu Zeme..

Magnetosféra je oblasť, kde magnetické pole planéty odráža slnečný vietor, ktorý je zaťažený časticami veľmi vysokej energie, škodlivými pre všetky známe formy života..

Takto exosféra vytvára vrstvu ochrany proti časticiam s vysokou energiou emitovanými Slnkom..

referencie

  1. Brasseur, G. a Jacob, D. (2017). Modelovanie atmosféry atmosféry. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Solárne terestriálne prostredie. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV spektroskopia pre pozemnú exoplanetárnu exosféru. Európsky kongres planetárnych vied 2018. EPSC Abstracts. 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Atmosférická chémia Oxford: World Scientific.
  5. Tinsley, B.A., Hodges, R.R. a Rohrbaugh, R.P. (1986). Modely Monte Carlo pre pozemskú exosféru počas slnečného cyklu. Journal of Geophysical Research: Banner vesmírnej fyziky. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.