- značilnosti
- Obnašanje
- Lastnosti ozračja
- Fizično stanje eksofere: plazma
- Kemična sestava
- Molekularna hitrost bega iz eksofere
- Temperatura
- Lastnosti
- Reference
Eksosfera je najbolj zunanja plast atmosfere planeta ali satelita, ki predstavlja zgornjo mejo ali mejo z vesolja. Na planetu Zemlja se ta plast razprostira nad termosfero (ali ionosfero) od 500 km nad zemeljskim površjem.
Kopenska eksofera je debela približno 10.000 km in jo sestavljajo plini, zelo različni od tistih, ki sestavljajo zrak, ki ga dihamo na zemeljski površini.
Slika 1. Sloji Zemljine atmosfere. Vir: Esteban1216, iz Wikimedia Commons V eksosferi sta gostota plinastih molekul in tlak minimalni, temperatura pa visoka in ostaja konstantna. V tej plasti se razpršijo plini, ki uhajajo v vesolje.
značilnosti
Eksosfera predstavlja prehodni sloj med Zemljino atmosfero in medplanetarnim prostorom. Ima zelo zanimive fizikalne in kemijske lastnosti ter izpolnjuje pomembne funkcije zaščite planeta Zemlje.
Obnašanje
Glavna opredeljujoča značilnost eksofere je, da se ne obnaša kot plinasta tekočina, kot notranje plasti atmosfere. Delci, ki jih sestavljajo, nenehno uhajajo v vesolje.
Obnašanje eksosfere je rezultat niza posameznih molekul ali atomov, ki sledijo svoji poti v Zemljinem gravitacijskem polju.
Lastnosti ozračja
Lastnosti, ki določajo atmosfero, so: tlak (P), gostota ali koncentracija sestavnih plinov (število molekul / V, kjer je V volumen), sestava in temperatura (T). V vsaki plasti atmosfere se te štiri lastnosti razlikujejo.
Te spremenljivke ne delujejo neodvisno, ampak jih povezuje zakon o plinu:
P = dRT, kjer je d = število molekul / V in R plinska konstanta.
Ta zakon je izpolnjen le, če je med molekulami, ki sestavljajo plin, dovolj trkov.
V spodnjih plasteh atmosfere (troposfera, stratosfera, mezofera in termosfera) lahko mešanico plinov, ki jo sestavljajo, obravnavamo kot plin ali tekočino, ki jo je mogoče stisniti, katere temperatura, pritisk in gostota so povezani z zakonom plini.
S povečanjem višine ali oddaljenosti od zemeljske površine se tlak in pogostost trkov med molekulami plina znatno zmanjšata.
Na nadmorski višini 600 km je treba ozračje obravnavati drugače, saj se ne obnaša več kot plin ali homogena tekočina.
Fizično stanje eksofere: plazma
Fizično stanje eksosfere je stanje plazme, ki je opredeljeno kot četrto agregacijsko stanje ali fizično stanje snovi.
Plazma je tekoče stanje, kjer so praktično vsi atomi v ionski obliki, to pomeni, da imajo vsi delci električne naboje in so prisotni prosti elektroni, ki niso vezani na nobeno molekulo ali atom. Opredelimo ga lahko kot tekoč medij delcev s pozitivnimi in negativnimi električnimi naboji, električno nevtralnimi.
Plazma ima pomembne skupinske molekularne učinke, kot je njen odziv na magnetno polje, ki tvori strukture, kot so žarki, nitke in dvojni sloji. Fizikalno stanje plazme kot zmesi v obliki suspenzije ionov in elektronov ima lastnost, da je dober prevodnik električne energije.
Je najpogostejše fizično stanje v vesolju, ki tvori medplanetarne, medzvezdne in medgalaktične plazme.
Slika 2. Zemljina atmosfera, v ozadju luna. Vir: NASA, prek Wikimedia Commons
Kemična sestava
Sestava ozračja se spreminja glede na višino ali razdaljo od Zemljinega površja. Sestava, stanje mešanja in stopnja ionizacije so odločilni dejavniki za razlikovanje navpične strukture v plasteh atmosfere.
Plinska zmes zaradi turbulenc je praktično nična, njene plinaste sestavine pa se z difuzijo hitro ločijo.
V eksosferi je mešanica plinov omejena s temperaturnim gradientom. Plinska zmes zaradi turbulenc je praktično nična, njene plinaste sestavine pa se z difuzijo hitro ločijo. Nad 600 km nadmorske višine lahko posamezni atomi pobegnejo iz Zemljinega gravitacijskega vleka.
Eksosfera vsebuje nizke koncentracije svetlobnih plinov, kot sta vodik in helij. Ti plini so v tej plasti široko razpršeni, med njimi so zelo velike praznine.
Eksosfera ima tudi druge manj svetlobne pline v svoji sestavi, kot so dušik (N 2 ), kisik (O 2 ) in ogljikov dioksid (CO 2 ), vendar so ti v bližini eksobaze ali baropavze (območje eksosfere, ki omejuje s termosfero ali ionosfero).
Molekularna hitrost bega iz eksofere
V eksosferi je molekulska gostota zelo nizka, torej je zelo malo molekul na enoto prostornine in večina tega volumna je praznega prostora.
Samo zato, ker je ogromno praznih prostorov, lahko atomi in molekule prevozijo velike razdalje, ne da bi se med seboj trčili. Verjetnosti trkov med molekulami so zelo majhne, praktično nične.
Če ni trčenj, lahko lažji in hitrejši atomi vodika (H) in helija (He) dosežejo hitrosti, ki jim omogočijo, da uidejo gravitacijskemu privlačnemu planetu planeta in iz eksosfere v medplanetarni prostor. .
Pobeg vodikov atomov iz eksofere v vesolje (po ocenah približno 25.000 ton na leto) je gotovo prispeval k velikim spremembam v kemični sestavi atmosfere skozi celotno geološko evolucijo.
Preostale molekule v eksosferi, razen vodika in helija, imajo majhne povprečne hitrosti in ne dosegajo svoje hitrosti pobega. Pri teh molekulah je hitrost bega v vesolje nizka in beg se pojavlja zelo počasi.
Temperatura
V eksosferi pojem temperature kot merilo notranje energije sistema, torej energije molekularnega gibanja, izgubi pomen, saj je molekul zelo malo in veliko praznega prostora.
Znanstvene študije poročajo o izredno visokih temperaturah eksofere, in sicer v povprečju 1500 K (1773 ° C), ki z višino ostajajo konstantne.
Lastnosti
Eksosfera je del magnetosfere, saj se magnetosfera razprostira med 500 km in 600.000 km od površine Zemlje.
Magnetosfera je območje, kjer magnetno polje planeta odbije sončni veter, ki je obremenjen z zelo visoko energijskimi delci, škodljivimi vsem znanim življenjskim oblikam.
Tako eksofera predstavlja zaščito pred visokoenergetskimi delci, ki jih oddaja Sonce.
Reference
- Brasseur, G. in Jacob, D. (2017). Modeliranje atmosferske kemije. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, JK (2003). Sončno-zemeljsko okolje. Cambridge: Cambridge University Press.
- Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV spektroskopija za zemeljsko eksoplanetarno eksosfero. Evropski kongres o planetarnih znanostih 2018. EPSC Abstracts. Letnik 12, EPSC2018-621.
- Ritchie, G. (2017). Atmosferska kemija. Oxford: World Scientific.
- Tinsley, BA, Hodges, RR in Rohrbaugh, RP (1986). Modeli Monte Carla za zemeljsko eksosfero skozi sončni cikel. Journal of Geophysical Research: vesoljska fizika. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.