Vlastnosti exosféry, chemické složení, funkce a teplota



exosféra je nejvzdálenější vrstva atmosféry planety nebo satelitu, která představuje horní hranici nebo hranici s vesmírem. Na planetě Zemi se tato vrstva rozprostírá nad termosférou (neboli ionosférou), od 500 km nad zemským povrchem.

Exosféra Země je asi 10 000 km silná a je tvořena plyny, které jsou velmi odlišné od plynů, které tvoří vzduch, který dýcháme na povrchu Země..

V exosféře je jak hustota plynných molekul, tak tlak minimální, zatímco teplota je vysoká a zůstává konstantní. V této vrstvě jsou plyny rozptýleny do vesmíru.

Index

  • 1 Charakteristika
    • 1.1 Chování
    • 1.2 Vlastnosti atmosféry
    • 1.3 Fyzikální stav exosféry: plazma
  • 2 Chemické složení
    • 2.1 Molekulární rychlost úniku z exosféry
  • 3 Teplota
  • 4 Funkce
  • 5 Odkazy

Vlastnosti

Exosféra je přechodová vrstva mezi zemskou atmosférou a meziplanetárním prostorem. Má velmi zajímavé fyzikální a chemické vlastnosti a plní důležité ochranné funkce planety Země.

Chování

Hlavní charakteristikou, která definuje exosféru, je to, že se nechová jako plynná tekutina, stejně jako vnitřní vrstvy atmosféry. Částice, které jej tvoří, unikají do vesmíru neustále.

Chování exosféry je výsledkem sady jednotlivých molekul nebo atomů, které následují svou vlastní trajektorii v pozemském gravitačním poli.

Vlastnosti atmosféry

Vlastnosti, které definují atmosféru, jsou: tlak (P), hustota nebo koncentrace složek plynů (počet molekul / V, kde V je objem), složení a teplota (T). V každé vrstvě atmosféry se tyto čtyři vlastnosti liší.

Tyto proměnné nepůsobí nezávisle, ale souvisejí se zákonem plynů:

P = d.R.T, kde d = počet molekul / V a R je konstanta plynu.

Tento zákon je splněn pouze tehdy, je-li mezi molekulami tvořícími plyn dostatek otřesů.

V nižších vrstvách atmosféry (troposféry, stratosféry, mezosféry a termosféry) může být směs plynů, které ji obsahují, zpracována jako plyn nebo tekutina, která může být stlačena, jejíž teplota, tlak a hustota jsou spojeny zákonem plynů.

Zvýšením výšky nebo vzdálenosti od zemského povrchu se značně snižuje tlak a frekvence kolizí mezi molekulami plynů.

V nadmořské výšce 600 km a nad touto úrovní musíme uvažovat o atmosféře jinak, protože se již chová jako plyn nebo homogenní kapalina..

Fyzikální stav exosféry: plazma

Fyzikální stav exosféry je plazma, která je definována jako čtvrtý stav agregace nebo fyzického stavu hmoty.

Plazma je stav tekutiny, kde prakticky všechny atomy jsou v iontové formě, to znamená, že všechny částice mají elektrické náboje a je zde přítomnost volných elektronů, které nejsou spojeny s žádnou molekulou nebo atomem. To může být definováno jako tekuté médium částic s kladným a záporným elektrickým nábojem, elektricky neutrální.

Plazma má významné kolektivní molekulární účinky, jako je její reakce na magnetické pole, tvořící struktury, jako jsou paprsky, filamenty a dvojité vrstvy. Fyzikální stav plazmy, jako směsi ve formě suspenze iontů a elektronů, má schopnost být dobrým vodičem elektřiny.

Je to nejběžnější fyzikální stav ve vesmíru, tvořící meziplanetární, mezihvězdnou a intergalaktickou plazmu.

Chemické složení

Složení atmosféry se mění s výškou nebo vzdáleností k povrchu Země. Složení, stav míchání a stupeň ionizace jsou určujícími faktory pro rozlišení vertikální struktury ve vrstvách atmosféry.

Směs plynů v důsledku turbulence je prakticky nulová a její plynné složky se rychle difundují.

V exosféře je směs plynů omezena teplotním gradientem. Směs plynů v důsledku turbulence je prakticky nulová a její plynné složky se rychle difundují. Nad 600 km výšky mohou jednotlivé atomy uniknout gravitační síle Země.

Exosféra obsahuje nízké koncentrace lehkých plynů, jako je vodík a helium. Tyto plyny jsou v této vrstvě velmi rozptýlené, přičemž mezi nimi jsou velké mezery.

Exosféra také má jiné méně lehké plyny, takový jako dusík (N2), kyslíku (O2) a oxidu uhličitého (CO2), ale ty se nacházejí v blízkosti exobáze nebo baropauzy (zóna exosféry, která hraničí s termosférou nebo ionosférou).

Molekulární rychlost úniku z exosféry

V exosféře jsou molekulární hustoty velmi nízké, to znamená, že existuje jen velmi málo molekul na jednotku objemu a většina tohoto objemu je prázdný prostor..

Vzhledem k tomu, že existují velké prázdné prostory, atomy a molekuly se mohou pohybovat po velkých vzdálenostech, aniž by se navzájem srazily. Pravděpodobnost kolizí mezi molekulami je velmi malá, prakticky nulová.

V takové nepřítomnosti kolizí, atomy vodíku (H) a hélium (He), lehčí a rychlejší, moci dosáhnout rychlostí, které dovolí jim uniknout z gravitačního přitažlivého pole planety a opustit exosféru k meziplanetárnímu prostoru \ t.

Únik do prostoru atomů vodíku z exosféry (odhadovaný na 25 000 tun ročně) jistě přispěl k významným změnám v chemickém složení atmosféry během celého geologického vývoje..

Zbytek molekul v exosféře, kromě vodíku a helia, má nízké průměrné rychlosti a nedosahuje své únikové rychlosti. U těchto molekul je úniková rychlost do vesmíru nízká a únik nastává velmi pomalu.

Teplota

V exosféře pojem teploty jako měřítka vnitřní energie systému, tj. Energie molekulárního pohybu, ztrácí význam, protože existuje jen velmi málo molekul a mnoho prázdného prostoru..

Vědecké studie uvádějí extrémně vysoké teploty v exosféře v řádu 1500 K (1773 ° C) v průměru, které zůstávají konstantní s výškou.

Funkce

Exosféra je součástí magnetosféry, protože magnetosféra se rozprostírá mezi 500 km a 600 000 km od povrchu Země..

Magnetosféra je oblast, kde magnetické pole planety odráží sluneční vítr, který je zatížen částicemi velmi vysoké energie, škodlivé pro všechny známé formy života.

Takto exosféra vytváří vrstvu ochrany proti částicím s vysokou energií emitovanými Sluncem..

Odkazy

  1. Brasseur, G. a Jacob, D. (2017). Modelování chemie atmosféry. Cambridge: Cambridge univerzitní tisk.
  2. Hargreaves, J.K. (2003). Sluneční prostředí. Cambridge: Cambridge univerzitní tisk.
  3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV spektroskopie pro pozemní exoplanetární exosféru. Evropský planetární vědecký kongres 2018. EPSC abstrakty. 12, EPSC2018-621.
  4. Ritchie, G. (2017). Atmosférická chemie Oxford: Vědecký svět.
  5. Tinsley, B.A., Hodges, R.R. a Rohrbaugh, R.P. (1986). Modely Monte Carlo pro pozemskou exosféru během solárního cyklu. Žurnál geofyzikálního výzkumu: Banner vesmírné fyziky. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.