Экзосфера - Exosphere

Диаграмма, показывающая пять основных слоев атмосферы Земли: экзосфера, термосфера, мезосфера, стратосфера, и тропосфера. Слои масштабируются. Расстояние от поверхности Земли до верха стратосферы (50 км) составляет чуть менее 1% радиуса Земли.

В экзосфера (Древнегреческий: ἔξω экзо "снаружи, снаружи, за пределами", Древнегреческий: σφαῖρα sphara "сфера") представляет собой тонкий атмосферный объем, окружающий планета или естественный спутник где молекулы гравитационно связаны с этим телом, но если их плотность слишком мала, чтобы они могли вести себя как газ. столкновение друг с другом.^[1] В случае тел со значительной атмосферой, например Атмосфера Земли, экзосфера - это самый верхний слой, где атмосфера истончается и сливается с межпланетным пространством. Он расположен прямо над термосфера. Об этом известно очень мало из-за отсутствия исследований. Меркурий, то Луна и три Галилеевы спутники из Юпитер имеют поверхностные пограничные экзосферы, которые представляют собой экзосферы без более плотной атмосферы под ними. Экзосфера Земли в основном водород и гелий, с более тяжелыми атомами и молекулами у основания.^{[нужна цитата ]}

Поверхностная граница экзосферы

Меркурий и несколько крупных естественных спутников, таких как Луна и три Галилеевы спутники из Юпитер (все, кроме Ио ), имеют экзосферы без более плотной атмосферы внизу,^[2] упоминается как поверхностная граница экзосферы.^[3] Здесь молекулы выбрасываются на эллиптические траектории пока они не столкнутся с поверхностью. Меньшие тела, такие как астероиды, в которых испускаемые с поверхности молекулы уходят в космос, не считаются имеющими экзосферы.

Экзосфера земли

Самые распространенные молекулы в экзосфере Земли - это молекулы самых легких атмосферных газов. Водород присутствует во всей экзосфере, с некоторыми гелий, углекислый газ, и атомарный кислород возле его основания. Поскольку определить границу между экзосферой и космическим пространством (см. «Верхняя граница» в конце этого раздела) может быть сложно, экзосферу можно рассматривать как часть межпланетный или космическое пространство.

Нижняя граница

Нижняя граница экзосферы называется экзобаза. Его еще называют 'критическая высота' поскольку это высота, на которой барометрические условия больше не применяются. На этой высоте атмосферная температура становится почти постоянной.^[4] На Земле высота экзобазы колеблется от 500 до 1000. километров (От 310 до 620ми ) в зависимости от солнечной активности.^[5]

Экзобаза может быть определена одним из двух способов:

Если мы определим экзобазу как высоту, на которой движущиеся вверх молекулы испытывают в среднем одно столкновение, то в этом положении длина свободного пробега молекулы равно одному давлению высота шкалы. Это показано ниже. Рассмотрим объем воздуха с горизонтальной областью ${ displaystyle A}$ и высота равна длине свободного пробега ${ displaystyle l}$, под давлением ${ displaystyle p}$ и температура ${ displaystyle T}$. Для идеальный газ, количество содержащихся в нем молекул:

${ displaystyle n = { frac {pAl} {RT}}}$

где ${ displaystyle R}$ универсальный газовая постоянная. Исходя из требования, чтобы каждая молекула, движущаяся вверх, претерпевала в среднем одно столкновение, давление составляет:

${ displaystyle p = { frac {m_ {A} ng} {A}}}$

где ${ displaystyle m_ {A}}$ - средняя молекулярная масса газа. Решение этих двух уравнений дает:

${ displaystyle l = { frac {RT} {m_ {A} g}}}$

что является уравнением для высоты шкалы давления. Поскольку высота шкалы давления почти равна высоте шкалы плотности первичного компонента, и поскольку Число Кнудсена - отношение длины свободного пробега к типичному масштабу флуктуаций плотности, это означает, что экзобаза находится в области, где ${ Displaystyle mathrm {Kn} (h_ {EB}) simeq 1}$.

Колебания высоты экзобазы важны, потому что это приводит к атмосферному сопротивлению спутников, что в конечном итоге приводит к их падению с орбита если не предпринимаются никакие действия по поддержанию орбиты.

Верхняя граница Земли

В принципе, экзосфера покрывает расстояния, на которых еще находятся частицы. гравитационно привязан к Земля, то есть частицы по-прежнему имеют баллистические орбиты, которые вернут их к Земле. Верхнюю границу экзосферы можно определить как расстояние, на котором влияние солнечной радиационное давление по атомной водород превышает гравитационное притяжение Земли. Это происходит на половине расстояния до Луны [среднее расстояние между Землей и Луной составляет 384 400 километров (238 900 миль)]. Экзосфера, наблюдаемая из космоса как геокорона, как видно, простирается как минимум на 10 000 километров (6200 миль) от поверхности Земли.

Экзосфера Луны

17 августа 2015 г. на основании исследований с Исследователь лунной атмосферы и пылевой среды (LADEE) ученые НАСА сообщили об обнаружении неон в экзосфере Луна.^[1]

использованная литература

внешние ссылки

• Герд В. Пролсс: Физика космической среды Земли: Введение. ISBN  3-540-21426-7