EXOSPHERE: EGENSKAPER, SAMMANSÄTTNING, FUNKTIONER OCH TEMPERATUR - MILJÖ - 2025

Den Exosphere är det yttersta lagret av atmosfären i en planet eller en satellit, som utgör den övre gränsen eller gräns med yttre rymden. På planeten Jorden sträcker sig detta lager över termosfären (eller jonosfären), från 500 km över jordytan.

Den markbundna exosfären är cirka 10 000 km tjock och består av gaser som är mycket annorlunda än de som utgör luften vi andas på jordens yta.

Figur 1. Skikt av jordens atmosfär. Källa: Esteban1216, från Wikimedia Commons I exosfären är både densiteten för gasformiga molekyler och trycket minimal, medan temperaturen är hög och förblir konstant. I detta lager sprids gaserna och flyr ut i det yttre rymden.

egenskaper

Exosfären utgör övergångsskiktet mellan jordens atmosfär och interplanetära rymden. Det har mycket intressanta fysikaliska och kemiska egenskaper och uppfyller viktiga funktioner för skydd av planeten Jorden.

Beteende

Det viktigaste kännetecknande för exosfären är att den inte uppför sig som en gasformig vätska, som atmosfärens inre lager. Partiklarna som utgör den flyr konstant ut i det yttre rymden.

Exosfärens beteende är resultatet av en uppsättning av enskilda molekyler eller atomer, som följer deras egen bana i jordens gravitationsfält.

Atmosfärens egenskaper

Egenskaperna som definierar atmosfären är: trycket (P), densiteten eller koncentrationen av beståndsgaserna (antal molekyler / V, där V är volymen), kompositionen och temperaturen (T). I varje atmosfärskikt varierar dessa fyra egenskaper.

Dessa variabler verkar inte oberoende, utan är relaterade till gaslagen:

P = dRT, där d = antal molekyler / V och R är gaskonstanten.

Denna lag uppfylls endast om det finns tillräckligt med kollisioner mellan molekylerna som utgör gasen.

I atmosfärens nedre lager (troposfär, stratosfär, mesosfär och termosfär) kan blandningen av gaser som utgör den behandlas som en gas eller vätska som kan komprimeras, vars temperatur, tryck och densitet är relaterade genom lagen om gaserna.

Genom att öka höjden eller avståndet från jordytan minskar trycket och frekvensen för kollisionerna mellan gasmolekylerna avsevärt.

I 600 km höjd och över denna nivå måste atmosfären beaktas på ett annat sätt, eftersom den inte längre beter sig som en gas eller en homogen vätska.

Exosfärens fysiska tillstånd: plasma

Exosfärens fysiska tillstånd är plasma, som definieras som det fjärde tillståndets sammansättning eller materiella tillstånd.

Plasma är ett vätsketillstånd, där praktiskt taget alla atomer är i jonform, det vill säga alla partiklar har elektriska laddningar och det finns fria elektroner närvarande, inte bundna till någon molekyl eller atom. Det kan definieras som ett flytande medium av partiklar med positiva och negativa elektriska laddningar, elektriskt neutrala.

Plasma uppvisar viktiga kollektiva molekylära effekter, såsom dess respons på ett magnetfält, bildande strukturer som strålar, filament och dubbla skikt. Det fysiska tillståndet i plasma, som en blandning i form av en suspension av joner och elektroner, har egenskapen att vara en god elektrisk ledare.

Det är det vanligaste fysiska tillståndet i universum som bildar interplanetära, interstellära och intergalaktiska plasma.

Bild 2. Jordens atmosfär, i bakgrunden månen. Källa: NASA, via Wikimedia Commons

Kemisk sammansättning

Atmosfärens sammansättning varierar med höjd eller avstånd från jordens yta. Kompositionen, blandningstillståndet och graden av jonisering är avgörande faktorer för att skilja den vertikala strukturen i atmosfärens lager.

Gasblandningen på grund av turbulens är praktiskt taget noll och dess gasformiga komponenter separeras snabbt genom diffusion.

I exosfären är blandningen av gaser begränsad av temperaturgradienten. Gasblandningen på grund av turbulens är praktiskt taget noll och dess gasformiga komponenter separeras snabbt genom diffusion. Över 600 km höjd kan enskilda atomer fly från jordens gravitationskraft.

Exosfären innehåller låga koncentrationer av lätta gaser som väte och helium. Dessa gaser är spridda i detta skikt med mycket stora hålrum mellan dem.

Exosfären har också andra mindre ljusa gaser i sin sammansättning, såsom kväve (N ₂ ), syre (O ₂ ) och koldioxid (CO ₂ ), men dessa är belägna nära exobasen eller baropausen (området i exosfären som begränsar med termosfären eller jonosfären).

Molekylär utrymningshastighet från exosfären

I exosfären är molekyldensiteterna mycket låga, det vill säga det finns mycket få molekyler per volymenhet, och det mesta av denna volym är tomt utrymme.

Bara för att det finns enorma tomma utrymmen, kan atomer och molekyler resa stora avstånd utan att kollidera med varandra. Sannolikheterna för kollisioner mellan molekyler är mycket små, praktiskt taget noll.

I frånvaro av kollisioner kan de lättare och snabbare vätgas- (H) och helium (He) -atomerna uppnå hastigheter så att de kan undkomma planetens dragningskraftsfält och lämna exosfären in i det interplanetära rymden. .

Flykten till rymden av väteatomer från exosfären (uppskattad till cirka 25 000 ton per år) har säkert bidragit till stora förändringar i den kemiska sammansättningen av atmosfären under hela den geologiska utvecklingen.

Resten av molekylerna i exosfären, förutom väte och helium, har låga medelhastigheter och når inte sin utrymningshastighet. För dessa molekyler är hastigheten för utrymning till det yttre rymden låg och flykt sker mycket långsamt.

Temperatur

I exosfären förlorar begreppet temperatur som ett mått på den inre energin i ett system, det vill säga molekylrörelsens energi, mening eftersom det finns väldigt få molekyler och mycket tomt utrymme.

Vetenskapliga studier rapporterar extremt höga temperaturer i exosfären, i storleksordningen 1500 K (1773 ° C) i genomsnitt, som förblir konstant med höjden.

Funktioner

Exosfären är en del av magnetosfären, eftersom magnetosfären sträcker sig mellan 500 km och 600 000 km från jordens yta.

Magnetosfären är det område där en planets magnetfält avleder solvinden, som är lastad med partiklar med mycket energi som är skadliga för alla kända livsformer.

Således utgör exosfären ett lager av skydd mot de högenergipartiklar som utsänds av solen.

referenser

1. Brasseur, G. och Jacob, D. (2017). Modellering av atmosfärisk kemi. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). Den solterritiska miljön. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV-spektroskopi för terrestrisk exoplanetär exosfär. European Planetarium Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Atmosfärisk kemi. Oxford: World Scientific.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR och Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo modellerar för den markbundna exosfären under en solcykel. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.