ЕКЗОСФЕРА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ФУНКЦІЇ ТА ТЕМПЕРАТУРА - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Екзосфери є зовнішнім шаром атмосфери планети або супутника, складових верхньої межі або межі із зовнішнім простором. На планеті Земля цей шар простягається над термосферою (або іоносферою), від 500 км над земною поверхнею.

Наземна екзосфера товщиною близько 10000 км і складається з газів, відмінних від тих, які складають повітря, яким ми дихаємо на земній поверхні.

Малюнок 1. Шари земної атмосфери. Джерело: Esteban1216, з Wikimedia Commons У екзосфері як щільність газоподібних молекул, так і тиск мінімальні, а температура висока і залишається постійною. У цьому шарі гази розсіюються, вириваючись у космос.

характеристики

Екзосфера становить перехідний шар між атмосферою Землі та міжпланетним простором. Він має дуже цікаві фізико-хімічні характеристики і виконує важливі функції захисту планети Земля.

Поведінка

Основна визначальна характеристика екзосфери полягає в тому, що вона не поводиться як газоподібна рідина, як внутрішні шари атмосфери. Частинки, які складають, постійно вириваються у космос.

Поведінка екзосфери є результатом набору окремих молекул або атомів, які слідують за власною траєкторією в гравітаційному полі Землі.

Властивості атмосфери

Властивості, що визначають атмосферу, це: тиск (Р), щільність або концентрація складових газів (кількість молекул / V, де V - об'єм), склад і температура (Т). У кожному шарі атмосфери ці чотири властивості різняться.

Ці змінні не діють незалежно, але пов'язані із законом про газ:

P = dRT, де d = кількість молекул / V і R - константа газу.

Цей закон виконується лише в тому випадку, якщо між молекулами, що утворюють газ, є достатньо зіткнень.

У нижніх шарах атмосфери (тропосфера, стратосфера, мезосфера та термосфера) суміш газів, що складають її, можна розглядати як газ або рідину, які можуть стискатися, температура яких, тиск і щільність пов'язані законом гази.

Зі збільшенням висоти чи відстані від земної поверхні значно зменшуються тиск і частота зіткнень між молекулами газу.

На висоті 600 км і вище цього рівня атмосферу слід розглядати по-іншому, оскільки вона більше не поводиться як газ або однорідна рідина.

Фізичний стан екзосфери: плазма

Фізичний стан екзосфери - це стан плазми, який визначається як четвертий стан агрегації або фізичний стан речовини.

Плазма - це текучий стан, де практично всі атоми перебувають в іонній формі, тобто всі частинки мають електричні заряди і є вільні електрони, присутні не пов'язані з жодною молекулою чи атомом. Його можна визначити як текуче середовище частинок із позитивними та негативними електричними зарядами, електрично нейтральними.

Плазма виявляє важливі колективні молекулярні ефекти, такі як її реакція на магнітне поле, утворюючи такі структури, як промені, нитки та подвійні шари. Фізичний стан плазми, як суміші у вигляді суспензії іонів та електронів, має властивість бути хорошим провідником електрики.

Це найпоширеніший фізичний стан у Всесвіті, утворюючи міжпланетні, міжзоряні та міжгалактичні плазми.

Малюнок 2. Атмосфера Землі, на задньому плані Місяць. Джерело: NASA, через Wikimedia Commons

Хімічний склад

Склад атмосфери змінюється залежно від висоти або відстані від поверхні Землі. Склад, стан перемішування та ступінь іонізації визначальні фактори, що дозволяють розрізнити вертикальну структуру в шарах атмосфери.

Газова суміш внаслідок турбулентності практично нульова, а її газоподібні компоненти швидко відокремлюються дифузією.

В екзосфері суміш газів обмежена температурним градієнтом. Суміш газів внаслідок турбулентності практично нульова, а їх газоподібні компоненти швидко відокремлюються дифузією. На висоті понад 600 км окремі атоми можуть вирватися із гравітаційного тяжіння Землі.

Екзосфера містить низькі концентрації легких газів, таких як водень та гелій. Ці гази широко дисперговані в цьому шарі з дуже великими порожнечами між ними.

Екзосфера також має в своєму складі інші менш легкі гази, такі як азот (N ₂ ), кисень (O ₂ ) і вуглекислий газ (CO ₂ ), але вони розташовані поблизу екзобази або баропаузи (площа екзосфери, яка обмежує з термосферою або іоносферою).

Швидкість молекулярної втечі з екзосфери

В екзосфері молекулярні щільності дуже низькі, тобто дуже мало молекул на одиницю об'єму, і більша частина цього об’єму - порожній простір.

Просто тому, що є величезні порожні простори, атоми і молекули можуть проїхати великі відстані, не стикаючись один з одним. Ймовірність зіткнень між молекулами дуже мала, практично нульова.

За відсутності зіткнень легші та швидші атоми водню (H) та гелію (He) можуть досягати таких швидкостей, які дозволять їм вийти із гравітаційного поля притягання планети та поза екзосфери у міжпланетний простір. .

Вихід у космос атомів водню з екзосфери (оцінюється приблизно в 25 000 тонн на рік), безумовно, сприяв значним змінам хімічного складу атмосфери протягом усієї геологічної еволюції.

Решта молекул екзосфери, окрім водню та гелію, мають низькі середні швидкості та не досягають своєї швидкості втечі. Для цих молекул швидкість втечі у космос низька, а втеча відбувається дуже повільно.

Температура

В екзосфері поняття температури як міри внутрішньої енергії системи, тобто енергії молекулярного руху, втрачає значення, оскільки молекул дуже мало і багато порожнього простору.

Наукові дослідження повідомляють про надзвичайно високі температури екзосфери, в середньому близько 1500 К (1773 ° С), які залишаються постійними з висотою.

Особливості

Екзосфера є частиною магнітосфери, оскільки магнітосфера простягається між 500 км і 600 000 км від поверхні Землі.

Магнітосфера - це область, де магнітне поле планети відхиляє сонячний вітер, навантажений дуже високоенергетичними частинками, шкідливими для всіх відомих життєвих форм.

Ось так екзосфера становить шар захисту від високоенергетичних частинок, випромінюваних Сонцем.

Список літератури

1. Brasseur, G. and Jacob, D. (2017). Моделювання хімії атмосфери. Кембридж: Кембриджський університетський прес.
2. Hargreaves, JK (2003). Сонячно-наземне середовище. Кембридж: Кембриджський університетський прес.
3. Камеда, С., Тавров, А., Осада, Н., Муракамі, Г., Кейго, К. та ін. (2018). VUV Спектроскопія для наземної екзопланетної екзосфери. Європейський конгрес планетарних наук 2018. Тези доповідей EPSC. Т. 12, EPSC2018-621.
4. Річі, Г. (2017). Атмосферна хімія. Оксфорд: Всесвітній науковий.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR і Rohrbaugh, RP (1986). Моделі Монте-Карло для наземної екзосфери протягом сонячного циклу. Журнал геофізичних досліджень: банер фізики космосу. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.