Мезосфера - Википедия - Mesosphere

Космический шатл Стараться оседлать стратосфера и мезосфера на этой фотографии. В тропосфера, содержащий облака, на этой фотографии отображается оранжевым цветом.[1]
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.
Эта статья об атмосферном мезо. Для использования в других целях см. Мезосфера (значения).

В мезосфера (/ˈмɛsoʊsжɪər/; из Греческий мезо, «средний») - третий слой атмосфера, прямо над стратосфера и прямо под термосфера. В мезосфере температура уменьшается как высота увеличивается. Эта характеристика используется для определения его пределов: он начинается в верхней части стратосферы (иногда называемой стратопауза ) и заканчивается на мезопауза, которая является самой холодной частью атмосферы Земли с температурами ниже −143 ° C (−225 ° F; 130 K). Точные верхняя и нижняя границы мезосферы меняются в зависимости от широты и сезона (выше зимой и в тропиках, ниже летом и на полюсах), но нижняя граница обычно расположена на высотах от 50 до 65 км (от 31 до 40 миль; от 164000 до 213000 футов) над поверхностью Земли, а верхняя граница (мезопауза) обычно находится примерно от 85 до 100 км (от 53 до 62 миль; от 279000 до 328000 футов).[2][3][4][5]

Стратосферу и мезосферу иногда вместе называют «средней атмосферой»,[6] который охватывает высоту примерно от 12 до 80 км над поверхностью Земли. В мезопауза, на высоте 80–90 км (50–56 миль), отделяет мезосферу от термосфера - второй самый внешний слой атмосферы Земли. Это турбопауза, ниже которого различные химические вещества хорошо перемешиваются из-за турбулентного водовороты. Выше этого уровня атмосфера становится неоднородной, потому что масштаб высоты различных химических веществ различаются в зависимости от их молекулярные массы.

Период, термин ближний космос также иногда используется для обозначения высот в мезосфере. Этот термин не имеет технического определения, но обычно относится к области атмосферы на расстоянии до 100 км (62 миль; 330 000 футов), примерно между Предел Армстронга (выше которого людям требуется скафандр чтобы выжить) и Карманская линия (куда астродинамика должен занять место аэродинамика чтобы добиться полета); или, по другому определению, до диапазона высот, выше которого коммерческие авиалайнеры летать, но ниже которого спутники на орбите Земли. В некоторых источниках различают термины «ближний космос» и «верхняя атмосфера», так что только слои, ближайшие к линии Кармана, описываются как «ближний космос».

Температура

Внутри мезосферы температура уменьшается с увеличением высота, за счет уменьшения поглощения солнечного излучения разреженной атмосферой и увеличения охлаждения за счет CO2 излучение. Верхняя часть мезосферы, называемая мезопауза, это самая холодная часть атмосферы Земли.[7] Температура в верхней части мезосферы опускается до −101 ° C (172 K; −150 ° F),[8] варьируется в зависимости от широта и время года.

Динамические особенности

Основными наиболее важными особенностями этого региона являются сильные зональные (восточно-западные) ветры, атмосферные приливы, внутренние атмосферные гравитационные волны (обычно называемые "гравитационные волны "), и планетарные волны. Большинство этих приливов и волн начинаются в тропосфера и ниже стратосфера, и распространяются в мезосферу. В мезосфере амплитуды гравитационных волн могут стать настолько большими, что волны станут нестабильными и рассеиваются. Эта диссипация вносит импульс в мезосферу и в значительной степени стимулирует глобальную циркуляцию. Это помогает Земле.

Серебристые облака расположены в мезосфере. Верхняя мезосфера также является областью ионосфера известный как Слой D, который присутствует только днем, когда некоторые ионизация происходит с оксид азота ионизируется Серия Лайман -альфа-водородное излучение. Ионизация настолько слабая, что, когда наступает ночь, и источник ионизации устраняется, свободный электрон и ион снова превращаются в нейтральную молекулу. Мезосферу назвали «игноросферой», потому что она плохо изучена по сравнению со стратосферой (доступ к которой можно получить с помощью высотных аэростатов) и термосферой (в которой могут вращаться спутники).[9]

5 км (3,1 мили; 16000 футов) глубиной натриевый слой расположен между 80–105 км (50–65 миль; 262 000–344 000 футов). Слой натрия, состоящий из несвязанных неионизированных атомов натрия, слабо излучает свечение. Средняя концентрация натрия составляет 400 000 атомов на кубический сантиметр. Эта полоса регулярно пополняется натрием. сублимирующий от входящих метеоров. Астрономы начали использовать эту натриевую полосу для создания «звезд-проводников» как части процесс адаптивной оптической коррекции используется для проведения сверхчетких наземных наблюдений.[10] Другие металлические слои, например железо и калий также существуют в области верхней мезосферы / нижней термосферы.

Начиная с октября 2018 г.,[11] особый тип Аврора была идентифицирована, происходящая из мезосферы. Зеленые волнистые огни, которые часто называют «дюнами» из-за их сходства с песчаными волнами на пляже, простираются к экватору. Было установлено, что они происходят примерно на 96 км (60 миль; 315 000 футов) над поверхностью. Поскольку полярные сияния вызваны взаимодействием сверхвысокоскоростных солнечных частиц с молекулами атмосферы, зеленый цвет этих дюн был предварительно объяснен взаимодействием этих солнечных частиц с молекулами кислорода. Таким образом, дюны встречаются там, где мезосферный кислород более концентрирован.[12]

Миллионы метеоры входят в атмосферу Земли, в среднем 40 000 тонн в год.[13] Считается, что унесенный материал, называемый метеорным дымом, служит ядрами конденсации для серебристые облака.

Исследование

Мезосфера находится выше рекордов высот для самолет,[14] в то время как только несколько нижних километров доступны для шарики, для которого рекорд высоты - 53,0 км.[15] Между тем, мезосфера находится ниже минимальной высоты для орбитальный космический корабль из-за высокого сопротивления атмосферы.[16][17][18] Доступ к нему можно получить только с помощью зондирующие ракеты, которые способны проводить измерения мезосферы только в течение нескольких минут за одну миссию.[19] В результате это наименее понятная часть атмосферы, в результате чего юмористическое прозвище игноросфера.[20] Наличие красные спрайты и синие струи (электрические разряды или молния внутри нижней мезосферы), серебристые облака, и сдвиги плотности в этом плохо изученном слое представляют текущий научный интерес.

3 февраля 2003 г. Космический шатл Колумбия распался при повторном входе на высоте 62 км (39 миль) в нижней части мезосферы, в результате чего погибли все семь членов экипажа.

Явления в мезосфере и ближнем космосе

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "ISS022-E-062672 подпись". НАСА. Получено 21 сентября 2012.
  2. ^ «Средняя атмосфера». www.antarctica.gov.au. Получено 17 июн 2018.
  3. ^ Венкат Ратнам, М .; Патра, А. К .; Кришна Мурти, Б. В. (25 марта 2010 г.). «Тропическая мезопауза: всегда ли близко к 100 км?». Журнал геофизических исследований. 115 (D6). Дои:10.1029 / 2009jd012531. ISSN  0148-0227.
  4. ^ "Мезосфера - обзор | Центр научного образования UCAR". scied.ucar.edu. Получено 17 июн 2018.
  5. ^ von Zahn, U .; Höffner, J .; Эска, В .; Альперс, М. (1 ноября 1996 г.). «Высота мезопаузы: всего два различных уровня во всем мире?». Письма о геофизических исследованиях. 23 (22): 3231–34. Дои:10.1029 / 96gl03041. ISSN  0094-8276.
  6. ^ «Метеорология средней атмосферы». atmos.washington.edu. Получено 19 декабря 2018.
  7. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "мезосфера ". Дои:10.1351 / goldbook.M03855
  8. ^ Мезосфера (Архив Wayback Machine), Информация об атмосфере, климате и окружающей среде ProgGFKDamme (Великобритания Департамент окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства ), заархивировано из оригинал 1 июля 2010 г., получено 14 ноября 2011
  9. ^ «Верхняя атмосфера может содержать ключи к разгадке тайны Колумбии». 6 февраля 2003 г.
  10. ^ Мартин Эндерлейн и др., Очень большой телескоп ESO четыре раза видит первый свет, Laser Focus World, июль 2016 г., стр. 22-24.
  11. ^ Впервые «дюны» заметили фотографы из Финляндии и Швеции.
  12. ^ Ву, Кэтрин Дж. Новый тип ряби полярного сияния на небе в горизонтальных зеленых «дюнах». Smithsonian Magazine (29 января 2020 г.)
  13. ^ Leinert C .; Груэн Э. (1990). «Межпланетная пыль». Физика и химия в космосе (ред. Р. Швенн и Э. Марш). Springer-Verlag. стр. 204-275
  14. ^ "Мировые рекорды самолетов с двигателями". Fédération Aéronautique Internationale. Архивировано из оригинал 11 сентября 2016 г.. Получено 31 августа 2016.
  15. ^ «Исследование воздушного шара, способного парить на высоте более 50 км». Институт космических и астронавтических наук, JAXA. Получено 29 сентября 2011.
  16. ^ "Рекомендации МККМ по предупреждению образования космического мусора" (PDF). Межагентский координационный комитет по космическому мусору. 15 октября 2002 г. Архивировано с оригинал (PDF) 3 декабря 2013 г.. Получено 31 августа 2016.
  17. ^ «Стандарт безопасности НАСА 1740.14, Руководящие принципы и процедуры оценки для ограничения орбитального мусора» (PDF). Управление безопасности и обеспечения выполнения миссий. 1 августа 1995 г. Архивировано с оригинал (PDF) 15 февраля 2013 г.
  18. ^ «100 км высотной границы для космонавтики». Fédération Aéronautique Internationale.
  19. ^ "Обзор программы зондирования ракеты НАСА". Программа НАСА по зондированию ракеты. НАСА. 24 июля 2006 г.. Получено 10 октября 2006.
  20. ^ "Ракеты многоразового использования для исследования Игносферы"'". Откройте для себя журнал. 1 сентября 2016 г.. Получено 2 апреля 2018.

внешняя ссылка