EXOSPHERE: EGENSKAPER, SAMMENSETNING, FUNKSJONER OG TEMPERATUR - MILJØ - 2025

Den Exosphere er det ytterste laget av atmosfæren i en planet eller en satellitt, som utgjør den øvre grense eller grensen til det ytre rom. På planeten Jorden strekker dette laget seg over termosfæren (eller ionosfæren), fra 500 km over jordoverflaten.

Den terrestriske eksosfæren er omtrent 10.000 km tykk og består av gasser som er veldig forskjellige fra de som utgjør luften vi puster på jordoverflaten.

Figur 1. Lag av jordens atmosfære. Kilde: Esteban1216, fra Wikimedia Commons I eksosfæren er både tettheten av gassformede molekyler og trykket minimalt, mens temperaturen er høy og forblir konstant. I dette laget spres gassene og slipper ut i det ytre rom.

kjennetegn

Eksosfæren utgjør overgangssjiktet mellom jordas atmosfære og interplanetariske rom. Den har veldig interessante fysiske og kjemiske egenskaper, og den oppfyller viktige funksjoner for beskyttelse av planeten Jorden.

Oppførsel

Det viktigste kjennetegnet ved eksosfæren er at den ikke oppfører seg som en gassformet væske, som de indre lagene i atmosfæren. Partiklene som utgjør den slipper stadig ut i verdensrommet.

Oppførselen til eksosfæren er et resultat av et sett med individuelle molekyler eller atomer, som følger deres egen bane i jordens gravitasjonsfelt.

Egenskapene til atmosfæren

Egenskapene som definerer atmosfæren er: trykket (P), tettheten eller konsentrasjonen av bestanddelets gasser (antall molekyler / V, hvor V er volumet), sammensetningen og temperaturen (T). I hvert lag av atmosfæren varierer disse fire egenskapene.

Disse variablene fungerer ikke uavhengig, men er relatert av gassloven:

P = dRT, der d = antall molekyler / V og R er gasskonstanten.

Denne loven blir oppfylt bare hvis det er nok kollisjoner mellom molekylene som utgjør gassen.

I de nedre lag av atmosfæren (troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren) kan blandingen av gasser som utgjør den behandles som en gass eller væske som kan komprimeres, hvis temperatur, trykk og tetthet er relatert gjennom loven om gassene.

Ved å øke høyden eller avstanden fra jordoverflaten, reduseres trykket og frekvensen av kollisjonene mellom gassmolekylene betraktelig.

I 600 km høyde og over dette nivået må atmosfæren vurderes på en annen måte, siden den ikke lenger oppfører seg som en gass eller en homogen væske.

Eksosfærens fysiske tilstand: plasma

Den fysiske tilstanden i eksosfæren er den som plasma, som er definert som den fjerde tilstanden for aggregering eller fysisk tilstand av materie.

Plasma er en tilstand av væske, hvor praktisk talt alle atomene er i ionisk form, det vil si at alle partiklene har elektriske ladninger og det er frie elektroner, ikke bundet til noe molekyl eller atom. Det kan defineres som et flytende medium av partikler med positive og negative elektriske ladninger, elektrisk nøytrale.

Plasma viser viktige kollektive molekylære effekter, som for eksempel responsen på et magnetfelt, og danner strukturer som stråler, filamenter og doble lag. Den fysiske tilstanden til plasma, som en blanding i form av en suspensjon av ioner og elektroner, har egenskapen å være en god leder av elektrisitet.

Det er den vanligste fysiske tilstanden i universet, og danner interplanetære, interstellare og intergalaktiske plasmaer.

Figur 2. Jordens atmosfære, i bakgrunnen månen. Kilde: NASA, via Wikimedia Commons

Kjemisk oppbygning

Sammensetningen av atmosfæren varierer med høyde eller avstand fra jordens overflate. Sammensetningen, blandingstilstanden og ioniseringsgraden er avgjørende for å skille den vertikale strukturen i lagene i atmosfæren.

Gassblandingen på grunn av turbulens er praktisk talt null, og dens gassformige komponenter separeres raskt ved diffusjon.

I eksosfæren er blandingen av gasser begrenset av temperaturgradienten. Gassblandingen på grunn av turbulens er praktisk talt null, og dens gassformige komponenter separeres raskt ved diffusjon. Over 600 km høyde kan individuelle atomer flykte fra jordens gravitasjonstrekk.

Eksosfæren inneholder lave konsentrasjoner av lette gasser som hydrogen og helium. Disse gassene er vidt spredt i dette laget, med veldig store hulrom mellom seg.

Eksosfæren har også andre mindre lette gasser i sin sammensetning, for eksempel nitrogen (N ₂ ), oksygen (O ₂ ) og karbondioksid (CO ₂ ), men disse er lokalisert nær eksobasen eller baropausen (området av eksosfæren som begrenser med termosfæren eller ionosfæren).

Molekylær rømningshastighet fra eksosfæren

I eksosfæren er molekyltettheten veldig lav, det vil si at det er veldig få molekyler per volumenhet, og det meste av dette volumet er tomt rom.

Bare fordi det er enorme tomme områder, kan atomer og molekyler reise store avstander uten å kollidere med hverandre. Sannsynligheten for kollisjoner mellom molekyler er veldig liten, praktisk talt null.

I mangel av kollisjoner, kan de lettere og raskere hydrogen- (H) og helium (He) -atomene nå hastigheter slik at de kan unnslippe planetens gravitasjonsfelt for tiltrekning og ut av eksosfæren inn i interplanetisk rom. .

Flukten til hydrogenatomer fra eksosfæren (anslått til rundt 25 000 tonn per år) har sikkert bidratt til store endringer i den kjemiske sammensetningen av atmosfæren gjennom hele den geologiske utviklingen.

Resten av molekylene i eksosfæren, bortsett fra hydrogen og helium, har lave gjennomsnittshastigheter og når ikke sin rømningshastighet. For disse molekylene er rømningsraten til det ytre rom lav, og rømming skjer veldig sakte.

Temperatur

I eksosfæren mister begrepet temperatur som et mål på den indre energien i et system, det vil si energien fra molekylær bevegelse, betydningen, siden det er veldig få molekyler og mye tomt rom.

Vitenskapelige studier rapporterer ekstremt høye eksosfertemperaturer, i størrelsesorden 1500 K (1773 ° C) i gjennomsnitt, som forblir konstant med høyden.

Egenskaper

Eksosfæren er en del av magnetosfæren, siden magnetosfæren strekker seg mellom 500 km og 600.000 km fra jordoverflaten.

Magnetosfæren er området der en planetens magnetiske felt avleder solvinden, som er lastet med partikler med meget høy energi, skadelig for alle kjente livsformer.

Slik utgjør eksosfæren et lag med beskyttelse mot høyeenergipartikler som sendes ut av solen.

referanser

1. Brasseur, G. og Jacob, D. (2017). Modellering av atmosfærisk kjemi. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). Det solterriske miljøet. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV spektroskopi for terrestrisk eksoplanetær eksosfære. European Planetary Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Atmosfærisk kjemi. Oxford: World Scientific.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR og Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo modeller for den terrestriske eksosfæren over en solsyklus. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.