EXOSZFÉRA: JELLEMZŐK, ÖSSZETÉTEL, FUNKCIÓK ÉS HŐMÉRSÉKLET - KÖRNYEZET - 2026

Az exoszféra a bolygó vagy egy műholdas légkör legkülső rétege, amely a világűr felső határát vagy határát képezi. A Földön ez a réteg a termoszféra (vagy az ionoszféra) fölé terül el, 500 km-re a Föld felszíne felett.

A földi exoszféra 10 000 km vastag, és olyan gázokból áll, amelyek nagyon különböznek azoktól, amelyek képezik a levegőt, amelyet a Föld felszínén lélegezünk.

1. ábra: A Föld légkörének rétegei. Forrás: Esteban1216, a Wikimedia Commons-tól Az exoszférában mind a gáznemű molekulák sűrűsége, mind a nyomás minimális, miközben a hőmérséklet magas és állandó. Ebben a rétegben a gázok diszpergálódnak, és kiszivárognak a világűrbe.

jellemzők

Az exoszféra képezi a Föld légköre és a bolygóközi tér közötti átmeneti réteget. Nagyon érdekes fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és a Föld bolygójának fontos védelmi funkcióit látja el.

Viselkedés

Az egzoszféra fő meghatározó tulajdonsága, hogy nem viselkedik gáznemű folyadékként, mint a légkör belső rétegei. Az alkotó részecskék folyamatosan elmenekülnek a világűrbe.

Az exoszféra viselkedése az egyes molekulák vagy atomok sorozatának eredménye, amelyek a Föld gravitációs mezőjében a saját pályájukon haladnak.

A légkör tulajdonságai

A légkört meghatározó tulajdonságok a következők: nyomás (P), az alkotógázok sűrűsége vagy koncentrációja (molekulák száma / V, ahol V a térfogata), összetétele és hőmérséklete (T). A légkör minden rétegében ez a négy tulajdonság változik.

Ezek a változók nem működnek egymástól függetlenül, hanem a gázszabály szerint kapcsolódnak egymáshoz:

P = dRT, ahol d = a molekulák száma / V és R a gázállandó.

Ez a törvény csak akkor teljesül, ha elegendő ütközés áll fenn a gázt alkotó molekulák között.

A légkör alsó rétegeiben (troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra és termoszféra) az azt alkotó gázok keveréke kezelhető összenyomható gázként vagy folyadékként, amelynek hőmérséklete, nyomása és sűrűsége a a gázok.

A föld felszínétől való távolság vagy távolság növelésével a nyomás és a gázmolekulák közötti ütközések gyakorisága jelentősen csökken.

600 km magasságban és e szint felett a légkört másképp kell figyelembe venni, mivel az már nem viselkedik gázként vagy homogén folyadékként.

Az exoszféra fizikai állapota: plazma

Az exoszféra fizikai állapota a plazma, amelyet az aggregáció vagy az anyag fizikai állapota negyedik állapotának tekintünk.

A plazma folyadékállapot, ahol gyakorlatilag az összes atom ionos formában van, vagyis minden részecskének van elektromos töltése és vannak szabad elektronok, amelyek nem kötődnek semmilyen molekulához vagy atomhoz. Meg lehet határozni, mint egy részecskék folyékony közege pozitív és negatív elektromos töltéssel, elektromosan semleges.

A plazma fontos kollektív molekuláris hatásokat mutat, például a mágneses mezőre adott reakcióját, olyan struktúrákat képez, mint sugarak, filamentumok és kettős rétegek. A plazma, mint ionok és elektronok szuszpenziójának keverékeként kialakult fizikai állapotának az a tulajdonsága, hogy jó áramvezető.

Ez a leggyakoribb fizikai állapot az univerzumban, bolygóközi, csillagközi és galaktikus plazmákat képezve.

2. ábra: A Föld légköre, a háttérben a hold. Forrás: NASA, a Wikimedia Commons segítségével

Kémiai összetétel

A légkör összetétele függ a magasságtól vagy a Föld felszínétől való távolságtól. Az összetétel, a keveredés állapota és az ionizáció mértéke meghatározó tényezők a légköri rétegek függőleges szerkezetének megkülönböztetésére.

A turbulencia miatt a gázkeverék gyakorlatilag nulla, gáznemű alkotóelemei diffúzióval gyorsan szétválnak.

Az exoszférában a gázok keverékét a hőmérsékleti gradiens korlátozza. A turbulencia miatt a gázkeverék gyakorlatilag nulla, gáznemű alkotóelemei diffúzióval gyorsan szétválnak. 600 km magasság felett az egyes atomok elkerülhetik a Föld gravitációs vonzódását.

Az exoszféra alacsony koncentrációban tartalmaz könnyű gázokat, például hidrogént és héliumot. Ezek a gázok széles körben eloszlanak ebben a rétegben, nagyon nagy üregek vannak közöttük.

Az exoszféra összetételében más kevésbé könnyű gázok is vannak, például nitrogén (N ₂), oxigén (O ₂) és szén-dioxid (CO ₂), de ezek az exobázis vagy a baropause közelében helyezkednek el (az exoszféra azon területe, amely korlátozza a termoszféra vagy az ionoszféra).

Az exoszféra menekülési molekuláris sebessége

Az exoszférában a molekuláris sűrűség nagyon alacsony, vagyis egy térfogatrészen nagyon kevés molekula van, és ennek a térfogatnak a nagy része üres hely.

Csak azért, mert hatalmas üres terek vannak, az atomok és a molekulák nagy távolságra haladhatnak anélkül, hogy egymással ütköznének. A molekulák közötti ütközések valószínűsége nagyon kicsi, gyakorlatilag nulla.

Ütközés hiányában a könnyebb és gyorsabb hidrogén (H) és hélium (He) atomok olyan sebességet érhetnek el, hogy elkerülhetik a bolygó gravitációs vonzóterét, és kiléphetnek az exoszférából a bolygók közötti térbe..

A hidrogénatomok térbe történő kiszabadulása az exoszférából (becslések szerint körülbelül 25 000 tonna évente) minden bizonnyal hozzájárult a légkör kémiai összetételének jelentős változásaihoz a geológiai evolúció során.

Az exoszférában lévő többi molekula, a hidrogént és a héliumot kivéve, alacsony átlagos sebességgel rendelkezik, és nem éri el a menekülési sebességét. Ezeknek a molekuláknak a világűrbe történő kijutási sebessége alacsony, és a menekülés nagyon lassan történik.

Hőfok

Az exoszférában a hőmérséklet fogalma, mint a rendszer belső energiájának, azaz a molekuláris mozgásnak az energiája, elveszíti értelmét, mivel nagyon kevés molekula és sok üres hely van.

A tudományos kutatások rendkívül magas exoszféra hőmérsékleteket mutatnak, átlagosan 1500 K (1773 ° C) nagyságrendben, amelyek a magassággal állandóak.

Jellemzők

Az exoszféra a magnetoszféra része, mivel a magnetoszféra a Föld felszínétől 500–600 000 km-re terjed.

A magnetoszféra az a terület, ahol a bolygó mágneses tere elhajlik a napenergia szélétől, amely nagyon nagy energiájú részecskékkel van feltöltve, és káros az összes ismert életforma számára.

Így képezi az exoszférát a Nap által kibocsátott nagy energiájú részecskék elleni védelemréteg.

Irodalom

1. Brasseur, G. és Jacob, D. (2017). A légköri kémia modellezése. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). A nap-földi környezet. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Oszada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV spektroszkópia földi exoplanetáris exoszférához. Európai Bolygótudományi Kongresszus, 2018. EPSC Abstracts. 12. kötet, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Légköri kémia. Oxford: World Scientific.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR és Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo modellek a földi egzoszférához egy napenergia-ciklus alatt. Geofizikai kutatási folyóirat: Űrfizikai zászló. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.