stringtranslate.com

Экзосфера

Схема, показывающая пять основных слоев атмосферы Земли: экзосфера, термосфера , мезосфера , стратосфера и тропосфера . Слои должны масштабироваться. От поверхности Земли до верхних слоев стратосферы (50 км) проходит чуть менее 1% радиуса Земли.

Экзосфера ( древнегреческий : ἔξω éxō «снаружи, внешний, за пределами», древнегреческий : σφαῖρα sphaĩra «сфера») — это тонкий, похожий на атмосферу объем, окружающий планету или естественный спутник , где молекулы гравитационно связаны с этим телом, но где плотность настолько мала, что молекулы практически не сталкиваются. [1] В случае тел с существенной атмосферой, таких как атмосфера Земли , экзосфера является самым верхним слоем, где атмосфера истончается и сливается с космическим пространством . Он расположен прямо над термосферой . О нем известно очень мало из-за отсутствия исследований . Меркурий , Луна , Церера , Европа и Ганимед имеют поверхностные экзосферы, которые представляют собой экзосферы без более плотной атмосферы под ними. Экзосфера Земли состоит в основном из водорода и гелия , а также некоторых более тяжелых атомов и молекул вблизи основания. [2]

Поверхностная граница экзосферы

Меркурий , Церера и несколько крупных естественных спутников, таких как Луна , Европа и Ганимед , имеют экзосферы без более плотной атмосферы под ней, [3] называемые поверхностной экзосферой . [4] Здесь молекулы выбрасываются по эллиптическим траекториям до тех пор, пока они не столкнутся с поверхностью. Меньшие тела, такие как астероиды, молекулы которых, испускаемые с поверхности, уходят в космос, не считаются имеющими экзосферу.

Экзосфера Земли

Наиболее распространенными молекулами в экзосфере Земли являются молекулы самых легких атмосферных газов. Водород присутствует во всей экзосфере, а вблизи его основания присутствует некоторое количество гелия , углекислого газа и атомарного кислорода . Поскольку определить границу между экзосферой и космическим пространством может быть сложно, экзосферу можно считать частью межпланетной среды или космического пространства .

Нижняя граница

Нижняя граница экзосферы называется термопаузой или экзобазой . Ее также называют критической высотой , поскольку на этой высоте больше не действуют барометрические условия . Выше этой высоты температура атмосферы становится почти постоянной. [5] На Земле высота экзобазы колеблется от 500 до 1000 километров (от 310 до 620  миль ) в зависимости от солнечной активности. [6]

Экзобазу можно определить одним из двух способов:

Если мы определим экзобазу как высоту, на которой движущиеся вверх молекулы испытывают в среднем одно столкновение, то в этом положении средняя длина свободного пробега молекулы равна одной высоте по шкале давления . Это показано ниже. Рассмотрим объем воздуха с горизонтальной площадью и высотой, равной средней длине свободного пробега , при давлении и температуре . Для идеального газа число содержащихся в нем молекул равно:

где – постоянная Больцмана . Из требования, чтобы каждая молекула, движущаяся вверх, подвергалась в среднем одному столкновению, давление равно:

где – средняя молекулярная масса газа. Решение этих двух уравнений дает:

что представляет собой уравнение для высоты шкалы давления. Поскольку высота шкалы давления почти равна высоте шкалы плотности первичного компонента, а число Кнудсена представляет собой отношение длины свободного пробега и типичного масштаба флуктуаций плотности, это означает, что экзобаза находится в области где .

Колебания высоты экзобазы важны, поскольку они создают атмосферное сопротивление спутникам, что в конечном итоге приводит к их падению с орбиты , если не предпринимаются действия по поддержанию орбиты.

Верхняя граница

В принципе, экзосфера покрывает расстояния, на которых частицы все еще гравитационно связаны с Землей , т.е. частицы все еще имеют баллистические орбиты, которые вернут их обратно к Земле. Верхнюю границу экзосферы можно определить как расстояние, на котором влияние давления солнечной радиации на атомарный водород превышает влияние гравитационного притяжения Земли. Это происходит на половине расстояния до Луны или где-то около 200 000 километров (120 000 миль). Экзосфера, наблюдаемая из космоса как геокорона , простирается как минимум на 100 000 километров (62 000 миль) от поверхности Земли. [7] Другие ученые считают, что экзосфера заканчивается на высоте около 10 000 километров (6 200 миль). [8]

Экзосфера других небесных тел

Если атмосфера небесного тела очень разрежена, как, например, атмосфера Луны или Меркурия , вся атмосфера считается экзосферой. [9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ Штайгервальд, Уильям (17 августа 2015 г.). «Космический корабль НАСА LADEE обнаружил неон в лунной атмосфере». НАСА . Проверено 18 августа 2015 г.
  2. ^ «Экзосфера - обзор | Темы ScienceDirect» .
  3. ↑ Дэй, Брайан (20 августа 2013 г.). «Почему LADEE имеет значение». Исследовательский центр Эймса НАСА . Проверено 19 апреля 2015 г.
  4. ^ «Есть ли атмосфера на Луне?». НАСА. 30 января 2014 года . Проверено 4 августа 2016 г.
  5. ^ Бауэр, Зигфрид; Ламмер, Хельмут. Планетарная аэрономия: атмосфера в планетарных системах , Springer Publishing , 2004.
  6. ^ "Экзосфера - обзор" . УКАР. 2011. Архивировано из оригинала 17 мая 2017 года . Проверено 19 апреля 2015 г.
  7. ^ "Экзосфера". Университетская корпорация по исследованию атмосферы . Проверено 5 октября 2022 г.
  8. ^ «Слои атмосферы Земли». 22 января 2013 г.
  9. ^ Шоумен, AP; Даулинг, Т.Э. (2014). «Земля как планета: атмосфера и океаны». Ин Спон, Т.; Брейер, Д.; Джонсон, Т. (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (3-е изд.). Эльзевир. п. 427. ИСБН 9780124160347.

дальнейшее чтение