Характеристики екзосфери, хімічний склад, функції та температура



The екзосфера являє собою зовнішній шар атмосфери планети або супутника, що становить верхню межу або кордон з космосом. На планеті Земля цей шар простягається над термосферою (або іоносферою), від 500 км над земною поверхнею.

Екзосфера Землі є товщиною близько 10 000 км і складається з газів, що дуже відрізняються від тих, що утворюють повітря, яким ми дихаємо на поверхні Землі..

У екзосфері як щільність газоподібних молекул, так і тиск мінімальні, а температура висока і залишається постійною. У цьому шарі гази дисперговані витікають у космічний простір.

Індекс

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Поведінка
    • 1.2 Властивості атмосфери
    • 1.3 Фізичний стан екзосфери: плазма
  • 2 Хімічний склад
    • 2.1 Молекулярна швидкість втечі з екзосфери
  • 3 Температура
  • 4 Функції
  • 5 Посилання

Особливості

Екзосфера є перехідним шаром між атмосферою Землі і міжпланетним простором. Вона має дуже цікаві фізико-хімічні характеристики, і виконує важливі захисні функції планети Земля.

Поведінка

Основна характеристика, що визначає екзосферу, полягає в тому, що вона не веде себе як газоподібна рідина, як внутрішні шари атмосфери. Частинки, які утворюють його, постійно виходять у космічний простір.

Поведінка екзосфери є результатом набору окремих молекул або атомів, які слідують своїй власній траєкторії в земному гравітаційному полі.

Властивості атмосфери

Властивостями, що визначають атмосферу, є: 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 змінюються.

Ці змінні не діють незалежно, але пов'язані законом газів:

P = d.R.T, де d = кількість молекул / V і R - газове значення.

Цей закон дотримується, тільки якщо є достатньо потрясінь між молекулами, що входять до складу газу.

У нижніх шарах атмосфери (тропосфера, стратосфера, мезосфера і термосфера) суміш газів, що входять до її складу, може розглядатися як газ або рідина, яка може бути стиснута, температура якої, тиск і щільність пов'язані із законом газів.

Підвищуючи висоту або відстань до земної поверхні, тиск і частота зіткнень між молекулами газів значно зменшуються.

На висоті 600 км і вище цього рівня, ми повинні розглянути атмосферу по-іншому, оскільки вона більше не веде себе 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 являє собою стан рідини, де практично всі атоми знаходяться в іонній формі, тобто всі частинки мають електричні заряди і є присутність вільних електронів, не пов'язаних з жодною молекулою або атомом. Вона може бути визначена як текуча середовище частинок з позитивними і негативними електричними зарядами, електрично нейтральними.

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

Це найпоширеніший фізичний стан у Всесвіті, утворюючи міжпланетну, міжзоряну і міжгалактичну плазму.

Хімічний склад

Склад атмосфери змінюється з висотою або відстанню до поверхні Землі. Склад, стан змішування і ступінь іонізації є визначальними факторами для розрізнення вертикальної структури в шарах атмосфери.

Суміш газів за рахунок турбулентності практично нульова, і її газоподібні компоненти швидко розділяються шляхом дифузії.

У екзосфері суміш газів обмежена градієнтом температури. Суміш газів за рахунок турбулентності практично дорівнює нулю, а його газоподібні компоненти швидко розділяються шляхом дифузії. Над висотою 600 км окремі атоми можуть вийти з гравітаційної сили тяжіння Землі.

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

Екзосфера також має інші менш легкі гази, такі як азот (N2), кисень (O2) і вуглекислого газу (CO2), але вони розташовані поблизу екзобази або баропаузи (зона екзосфери, що межує термосферу або іоносферу).

Молекулярна швидкість втечі з екзосфери

У екзосфері молекулярні щільності дуже низькі, тобто є дуже мало молекул на одиницю об'єму, і більша частина цього обсягу є порожнім простором..

У зв'язку з тим, що існують величезні порожні простори, атоми і молекули можуть переміщатися на великі відстані, не стикаючись один з одним. Ймовірність зіткнень між молекулами дуже мала, практично нульова.

У такій відсутності зіткнень атоми водню (H) і гелій (He), легше і швидше, можуть досягати швидкості, що дозволяє їм вийти з поля тяжіння планети і вийти з екзосфери в бік міжпланетного простору..

Втеча до простору атомів водню з екзосфери (оцінюється в 25000 тонн на рік), безсумнівно, сприяла значним змінам хімічного складу атмосфери протягом всієї геологічної еволюції..

Решта молекул в екзосфері, крім водню і гелію, мають низькі середні швидкості і не досягають своєї швидкості втечі. Для цих молекул швидкість виходу в космічний простір є низькою, а втеча відбувається дуже повільно.

Температура

У екзосфері поняття температури як міра внутрішньої енергії системи, тобто енергії молекулярного руху, втрачає сенс, оскільки в молекулі дуже мало молекул і багато пустого простору..

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

Функції

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

Магнітосфера - це область, де магнітне поле планети відхиляє сонячний вітер, який завантажується частинками дуже високої енергії, шкідливою для всіх відомих форм життя.

Таким чином, екзосфера являє собою шар захисту від частинок високої енергії, що випускаються Сонцем..

Список літератури

  1. Brasseur, G. і Jacob, D. (2017). Моделювання хімії атмосфери. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Сонячно-земне середовище. Cambridge: Cambridge University Press.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV Спектроскопія для екзопланетичної екзопланети Землі. Європейський Конгрес Планетарної Науки 2018. EPSC Abstracts. Том 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Хімія атмосфери Оксфорд: World Scientific.
  5. Tinsley, B.A., Hodges, R.R. і Rohrbaugh, R.P. (1986). Моделі Монте-Карло для земної екзосфери над сонячним циклом. Журнал геофізичних досліджень: космічна фізика Банер. 91 (А12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.