- egenskaber
- Opførsel
- Egenskaber i atmosfæren
- Eksosfærens fysiske tilstand: plasma
- Kemisk sammensætning
- Molekylær flugthastighed fra eksosfæren
- Temperatur
- Funktioner
- Referencer
Den exosphere er det yderste lag af atmosfæren i en planet eller en satellit, som udgør den øvre grænse eller grænsen til det ydre rum. På planeten Jorden strækker dette lag sig over termosfæren (eller ionosfæren) fra 500 km over jordoverfladen.
Den jordiske eksosfære er ca. 10.000 km tyk og består af gasser, der er meget forskellige fra dem, der udgør luften, vi indånder på jordoverfladen.
Figur 1. Lag af jordens atmosfære. Kilde: Esteban1216, fra Wikimedia Commons I eksosfæren er både densiteten af gasformige molekyler og trykket minimal, mens temperaturen er høj og forbliver konstant. I dette lag spredes gasserne og slipper ud i det ydre rum.
egenskaber
Eksosfæren udgør overgangslaget mellem Jordens atmosfære og det interplanetære rum. Det har meget interessante fysiske og kemiske egenskaber, og det udfører vigtige beskyttelsesfunktioner for planeten Jorden.
Opførsel
Det vigtigste kendetegn ved eksosfæren er, at den ikke opfører sig som en gasformig væske, som de indre lag i atmosfæren. Partiklerne, der udgør det, slipper konstant ud i det ydre rum.
Opførelsen af eksosfæren er resultatet af et sæt individuelle molekyler eller atomer, der følger deres egen bane i jordens gravitationsfelt.
Egenskaber i atmosfæren
Egenskaber, der definerer atmosfæren, er: trykket (P), densiteten eller koncentrationen af de bestanddelige gasser (antal molekyler / V, hvor V er volumenet), sammensætningen og temperaturen (T). I hvert lag af atmosfæren varierer disse fire egenskaber.
Disse variabler fungerer ikke uafhængigt, men er relateret til gasloven:
P = dRT, hvor d = antal molekyler / V og R er gasskonstanten.
Denne lov er kun opfyldt, hvis der er nok kollisioner mellem molekylerne, der udgør gassen.
I de nedre lag af atmosfæren (troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren) kan blandingen af gasser, der udgør den, behandles som en gas eller væske, der kan komprimeres, hvis temperatur, tryk og densitet er forbundet gennem loven om gasserne.
Ved at øge højden eller afstanden fra jordoverfladen falder trykket og hyppigheden af kollisionerne mellem gasmolekylerne markant.
I 600 km højde og over dette niveau skal atmosfæren betragtes på en anden måde, da den ikke længere opfører sig som en gas eller en homogen væske.
Eksosfærens fysiske tilstand: plasma
Den fysiske tilstand af eksosfæren er plasmaets tilstand, der er defineret som den fjerde tilstand af aggregering eller fysisk tilstand af stof.
Plasma er en flydende tilstand, hvor praktisk taget alle atomer er i ionform, det vil sige alle partikler har elektriske ladninger, og der er frie elektroner til stede, ikke bundet til noget molekyle eller atom. Det kan defineres som et flydende medium af partikler med positive og negative elektriske ladninger, elektrisk neutral.
Plasma udviser vigtige kollektive molekylære virkninger, såsom dets reaktion på et magnetfelt, danner strukturer som stråler, filamenter og dobbeltlag. Den fysiske tilstand af plasma, som en blanding i form af en suspension af ioner og elektroner, har egenskaben som en god leder af elektricitet.
Det er den mest almindelige fysiske tilstand i universet og danner interplanetære, interstellare og intergalaktiske plasmaer.
Figur 2. Jordens atmosfære, i baggrunden månen. Kilde: NASA, via Wikimedia Commons
Kemisk sammensætning
Atmosfære af atmosfæren varierer med højde eller afstand fra jordens overflade. Sammensætningen, blandingstilstanden og ioniseringsgraden er afgørende faktorer for at skelne den lodrette struktur i lagene i atmosfæren.
Gasblandingen på grund af turbulens er praktisk talt nul, og dens gasformige komponenter separeres hurtigt ved diffusion.
I eksosfæren er blandingen af gasser begrænset af temperaturgradienten. Gasblandingen på grund af turbulens er praktisk talt nul, og dens gasformige komponenter separeres hurtigt ved diffusion. Over 600 km højde kan individuelle atomer undslippe jordens tyngdepunkt.
Eksosfæren indeholder lave koncentrationer af lette gasser som brint og helium. Disse gasser er bredt spredt i dette lag med meget store hulrum imellem.
Eksosfæren har også andre mindre lette gasser i dens sammensætning, såsom nitrogen (N 2), ilt (O 2) og kuldioxid (CO 2), men disse er placeret i nærheden af exobasen eller baropause (område af eksosfæren, der begrænser med termosfæren eller ionosfæren).
Molekylær flugthastighed fra eksosfæren
I eksosfæren er molekyltæthederne meget lave, det vil sige, der er meget få molekyler pr. Enhedsvolumen, og det meste af dette volumen er tomt rum.
Bare fordi der er enorme tomme rum, kan atomer og molekyler rejse store afstande uden at kollidere med hinanden. Sandsynligheden for kollisioner mellem molekyler er meget små, praktisk talt nul.
I fravær af kollisioner kan de lettere og hurtigere brint (H) og helium (He) -atomer nå hastigheder, så de kan undslippe planetens gravitationsfelt tiltrækningsfelt og forlade eksosfæren ind i det interplanetiske rum..
Flugt i rummet af brintatomer fra eksosfæren (anslået til ca. 25.000 tons om året) har helt sikkert bidraget til store ændringer i den kemiske sammensætning af atmosfæren gennem den geologiske udvikling.
Resten af molekylerne i eksosfæren bortset fra brint og helium har lave gennemsnitshastigheder og når ikke deres flugthastighed. For disse molekyler er flugthastigheden til det ydre rum lav, og flugt sker meget langsomt.
Temperatur
I eksosfæren mister begrebet temperatur som et mål for et systems indre energi, dvs. molekylbevægelsens energi, mening, da der er meget få molekyler og meget tomt rum.
Videnskabelige undersøgelser rapporterer ekstremt høje eksosfærtemperaturer i gennemsnit 1500 K (1773 ° C), som forbliver konstante med højden.
Funktioner
Eksosfæren er en del af magnetosfæren, da magnetosfæren strækker sig mellem 500 km og 600.000 km fra jordoverfladen.
Magnetosfæren er det område, hvor en planetens magnetiske felt afbøjer solvinden, som er fyldt med partikler med meget energi, der er skadelige for alle kendte livsformer.
Sådan udgør eksosfæren et lag af beskyttelse mod de højenergipartikler, der udsendes af solen.
Referencer
- Brasseur, G. og Jacob, D. (2017). Modellering af atmosfærisk kemi. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, JK (2003). Det solterratiske miljø. Cambridge: Cambridge University Press.
- Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV-spektroskopi til terrestrisk exoplanetær eksosfære. European Planetarium Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Vol. 12, EPSC2018-621.
- Ritchie, G. (2017). Atmosfærisk kemi. Oxford: World Scientific.
- Tinsley, BA, Hodges, RR og Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo modeller til den jordiske eksosfære over en solcyklus. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.