Мезосфера ( / ˈ m ɛ s ə s f ɪər , ˈ m ɛ z -, ˈ m iː s ə -, - z ə -/ ; [1] от древнегреческого μέσος ( mésos ) «середина» и - сфера ) — третий слой атмосферы , непосредственно над стратосферой и непосредственно под термосферой . В мезосфере температура уменьшается с увеличением высоты . Эта характеристика используется для определения пределов: она начинается в верхней части стратосферы (иногда называемой стратопаузой ) и заканчивается в мезопаузе , 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 высоте от 47 до 51 км (от 29 до 32 миль; от 154 000 до 167 000 футов) над уровнем моря , а верхняя граница (мезопауза) обычно находится на высоте от 85 до 100 км (от 53 до 62 миль; от 279 000 до 328 000 футов). [2] [3] [4] [5]
Стратосферу и мезосферу иногда вместе называют «средней атмосферой» [6] , которая охватывает высоты примерно от 12 до 80 км (7,5 и 49,7 миль) над поверхностью Земли. Мезопауза на высоте 80–90 км (50–56 миль) отделяет мезосферу от термосферы — второго внешнего слоя атмосферы Земли. На Земле мезопауза почти совпадает с турбопаузой , ниже которой различные химические вещества хорошо перемешиваются из-за турбулентных вихрей . Выше этого уровня атмосфера становится неоднородной, поскольку шкалы высот различных химических веществ различаются в зависимости от их молекулярных масс .
Термин «ближний космос» также иногда используется для обозначения высот в пределах мезосферы. Этот термин не имеет технического определения, но обычно относится к области примерно между пределом Армстронга (около 62 000 футов или 19 км, выше которого людям требуется скафандр , чтобы выжить) и линией Кармана (где астродинамика должна взять верх над аэродинамикой , чтобы достичь полета); или, по другому определению, к пространству между самой высокой высотой, на которой летают коммерческие авиалайнеры (около 40 000 футов (12,2 км)) и самым низким перигеем спутников , способных вращаться вокруг Земли (около 45 миль (73 км)). Некоторые источники различают термины «ближний космос» и «верхняя атмосфера», так что только слои, ближайшие к линии Кармана, описываются как «ближний космос».
В мезосфере температура уменьшается с увеличением высоты . Это является результатом уменьшения поглощения солнечной радиации разреженной атмосферой, имеющей уменьшающуюся относительную концентрацию озона с увеличением высоты (озон является основным поглотителем в длинах волн УФ, которые выжили после поглощения термосферой). [7] Кроме того, это также является результатом увеличения охлаждения за счет излучения CO 2 . Верхняя часть мезосферы, называемая мезопаузой , является самой холодной частью атмосферы Земли. [8] Температура в верхней мезосфере опускается примерно до -100 °C (173 K; -148 °F), [9] изменяясь в зависимости от широты и сезона .
Главными наиболее важными особенностями этого региона являются сильные зональные (с востока на запад) ветры, атмосферные приливы , внутренние атмосферные гравитационные волны (обычно называемые « гравитационными волнами ») и планетарные волны . Большинство этих приливов и волн начинаются в тропосфере и нижней стратосфере и распространяются в мезосферу. В мезосфере амплитуды гравитационных волн могут стать настолько большими, что волны становятся нестабильными и рассеиваются. Это рассеивание передает импульс в мезосферу и в значительной степени управляет глобальной циркуляцией.
Серебристые облака расположены в мезосфере. Верхняя мезосфера также является областью ионосферы , известной как слой D , который присутствует только днем, когда происходит некоторая ионизация с оксидом азота , ионизированным водородным излучением серии Лаймана -альфа. Ионизация настолько слаба, что когда наступает ночь и источник ионизации удаляется, свободный электрон и ион снова образуют нейтральную молекулу.
Слой натрия глубиной 5 км (3,1 мили; 16 000 футов) расположен между 80–105 км (50–65 миль; 262 000–344 000 футов). Слой натрия, состоящий из несвязанных, неионизированных атомов натрия, слабо излучает, внося вклад в свечение атмосферы . Средняя концентрация натрия составляет 400 000 атомов на кубический сантиметр. Эта полоса регулярно пополняется натрием, сублимирующимся из прилетающих метеоров. Астрономы начали использовать эту полосу натрия для создания «звезд-направляющих» в рамках процесса адаптивной оптической коррекции, используемого для получения сверхчетких наземных наблюдений. [10] Другие металлические слои, например, железо и калий, также существуют в верхней мезосфере/нижней термосфере.
Начиная с октября 2018 года [11] был выявлен особый тип полярного сияния , зарождающийся в мезосфере. Часто называемые «дюнами» из-за их сходства с песчаной рябью на пляже, зеленые волнообразные огни простираются к экватору. Было установлено, что они возникают примерно в 96 км (60 миль; 315 000 футов) над поверхностью. Поскольку полярные сияния вызываются сверхскоростными солнечными частицами, взаимодействующими с атмосферными молекулами, зеленый цвет этих дюн предварительно объясняется взаимодействием этих солнечных частиц с молекулами кислорода. Таким образом, дюны возникают там, где мезосферный кислород более сконцентрирован. [12]
Миллионы метеоров попадают в атмосферу Земли, в среднем 40 000 тонн в год. [13] Считается, что уносимый материал, называемый метеорным дымом, служит ядрами конденсации для серебристых облаков .
Мезосфера находится выше рекордов высоты для самолетов , [14] в то время как только самые нижние несколько километров доступны для воздушных шаров , для которых рекорд высоты составляет 53,0 километра (32,9 мили). [15] Между тем, мезосфера находится ниже минимальной высоты для орбитальных космических аппаратов из-за высокого атмосферного сопротивления. [16] [17] [18] Доступ к ней был получен только с помощью зондирующих ракет , которые способны проводить мезосферные измерения только в течение нескольких минут за миссию. [19] В результате, это наименее изученная часть атмосферы, что привело к юмористическому прозвищу игноросфера . [20] [21] Наличие красных спрайтов и синих струй (электрических разрядов или молний в нижней мезосфере), серебристых облаков и сдвигов плотности в этом плохо изученном слое представляют текущий научный интерес.
1 февраля 2003 года космический челнок «Колумбия» разрушился при входе в атмосферу на высоте около 62 км (39 миль) в нижней мезосфере, в результате чего погибли все семь членов экипажа.
