Exosphere

Самый внешний слой атмосферы

Схема, показывающая пять основных слоев атмосферы Земли: экзосфера, термосфера, мезосфера, стратосфера и тропосфера. Слои соответствуют масштабу. Расстояние от поверхности Земли до верха стратосферы (50 км) составляет чуть менее 1% от радиуса Земли.

экзосфера (древнегреческий : ἔξω éxō «снаружи, снаружи, за пределами», Anci (англ. греч. : σφαῖρα sphara "сфера") представляет собой тонкий атмосферный объем, окружающий планету или естественный спутник, где молекулы гравитационно связаны с это тело, но его плотность слишком мала для того, чтобы они могли вести себя как газ, сталкиваясь друг с другом. В случае тел с плотной атмосферой, таких как атмосфера Земли, экзосфера является самым верхним слоем, где атмосфера истончается и сливается с межпланетным пространством. Он расположен прямо над термосферой . Об этом известно очень мало из-за отсутствия исследований. Меркурий, Луна и три галилеевых спутника с Юпитера имеют поверхностные пограничные экзосферы, которые представляют собой экзосферы без более плотной атмосферы под ними. Экзосфера Земли состоит в основном из водорода и гелия, с некоторыми более тяжелыми атомами и молекулами у основания.

• 1 Экзосфера на границе поверхности
• 2 Экзосфера Земли
  • 2.1 Нижняя граница
  • 2.2 Верхняя граница Земли
• 3 Экзосфера Луны
• 4 Ссылки
• 5 Внешние ссылки

Меркурий и несколько крупных естественных спутников, таких как Луна и три галилеевых спутника с Юпитера (все, кроме Ио ) имеют экзосферы без более плотной атмосферы внизу, называемые поверхностная граница экзосферы . Здесь молекулы выбрасываются по эллиптическим траекториям, пока не столкнутся с поверхностью. Меньшие тела, такие как астероиды, в которых испускаемые с поверхности молекулы уходят в космос, не считаются имеющими экзосферы.

Самые распространенные молекулы в экзосфере Земли - это молекулы самых легких атмосферных газов. Водород присутствует во всей экзосфере, с некоторым количеством гелия, диоксида углерода и атомарного кислорода около его основания. Поскольку определить границу между экзосферой и космическим пространством (см. «Верхняя граница» в конце этого раздела) может быть сложно, экзосферу можно рассматривать как часть межпланетного или космического пространства..

Нижняя граница

Нижняя граница экзосферы называется экзобазой. Ее также называют «критической высотой», поскольку на этой высоте барометрические условия больше не применяются. На этой высоте атмосферная температура становится почти постоянной. На Земле высота экзобазы составляет примерно от 500 до 1000 километров (от 310 до 620 миль ) в зависимости от солнечной активности.

Экзобаза может быть определена в 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 до одного давления по шкале высоты. Это показано ниже. Рассмотрим объем воздуха с горизонтальной областью $A\; \{\backslash \; displaystyle\; A\}$и высотой, равной средней длине свободного пробега $l\; \{\backslash \; displaystyle\; l\}$, при давлении $p\; \{\backslash \; displaystyle\; p\}$и температура $T\; \{\backslash \; displaystyle\; T\}$. Для идеального газа количество содержащихся в нем молекул составляет:

$n\; =\; p\; A\; l\; RT\; \{\backslash \; displaystyle\; n\; =\; \{\backslash \; frac\; \{pAl\}\; \{RT\}\}\}$

где $R\; \{\backslash \; displaystyle\; R\}$- универсальная газовая постоянная. Исходя из требования, чтобы каждая молекула, движущаяся вверх, подвергалась в среднем одному столкновению, давление составляет:

$p\; =\; m\; A\; ng\; A\; \{\backslash \; displaystyle\; p\; =\; \{\backslash \; frac\; \{m\_\; \{A\}\; ng\}\; \{A\}\}\}$

где $m\; A\; \{\backslash \; displaystyle\; m\_\; \{A\}\}$- средняя молекулярная масса газа. Решение этих двух уравнений дает:

$l\; =\; R\; T\; m\; A\; g\; \{\backslash \; displaystyle\; l\; =\; \{\backslash \; frac\; \{RT\}\; \{m\_\; \{A\}\; g\}\}\}$

, которое является уравнением для высоты шкалы давления. Поскольку высота шкалы давления почти равна высоте шкалы плотности первичного компонента, и поскольку число Кнудсена представляет собой отношение длины свободного пробега к типичному масштабу флуктуаций плотности, это означает, что экзобаза находится в область, где $K\; n\; (h\; EB)\; \simeq \; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{Kn\}\; (h\_\; \{EB\})\; \backslash \; simeq\; 1\}$.

Колебания высоты экзобазы важны, поскольку они обеспечивают атмосферное сопротивление спутники, что в конечном итоге приведет к их падению с орбиты, если не будет предпринято никаких действий для поддержания орбиты.

Верхняя граница Земли

В принципе, экзосфера покрывает расстояния, на которых частицы все еще гравитационно привязаны к Земле, т.е. частицы по-прежнему имеют баллистические орбиты это вернет их на Землю. Верхнюю границу экзосферы можно определить как расстояние, на котором влияние солнечного радиационного давления на атомарный водород превышает влияние гравитационного притяжения Земли. Это происходит на половине расстояния до Луны [среднее расстояние между Землей и Луной составляет 384 400 километров (238 900 миль)]. Экзосфера, которую можно наблюдать из космоса как геокорона, простирается как минимум на 10 000 километров (6200 миль) от поверхности Земли.

17 августа 2015 года на основе исследований с космическим аппаратом Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) ученые НАСА сообщили об обнаружении неон в экзосфере луны.

• Герд В. Пролсс: Физика космической среды Земли: Введение. ISBN 3-540-21426-7