- ominaisuudet
- käytös
- Ilmakehän ominaisuudet
- Eksosfäärin fysikaalinen tila: plasma
- Kemiallinen koostumus
- Molekyylin poistumisnopeus eksosfääristä
- Lämpötila
- ominaisuudet
- Viitteet
Exosphere on uloin kerros ilmakehän planeetan tai satelliitin, joka muodostaa yläraja tai rajaa avaruudessa. Maapallolla tämä kerros ulottuu termosfäärin (tai ionosfäärin) yläpuolelle 500 km: n päästä maanpinnan yläpuolella.
Maan eksosfääri on noin 10 000 km paksu ja koostuu kaasuista, jotka ovat hyvin erilaisia kuin ne, jotka muodostavat ilman, jonka hengitämme maan pinnalla.
Kuva 1. Maan ilmakehän kerrokset. Lähde: Esteban1216, Wikimedia Commons: Exosfäärissä sekä kaasumaisten molekyylien tiheys että paine ovat minimaaliset, kun taas lämpötila on korkea ja pysyy vakiona. Tässä kerroksessa kaasut dispergoituvat, pakeneen avaruuteen.
ominaisuudet
Exosfääri muodostaa siirtymäkerroksen maapallon ilmakehän ja planeettavälisen tilan välillä. Sillä on erittäin mielenkiintoisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia ja se täyttää tärkeät maapallon suojelutoiminnot.
käytös
Eksosfäärin pääasiallinen määrittelevä ominaisuus on, että se ei käyttäydy kuin kaasumainen neste, kuten ilmakehän sisäkerrokset. Hiukkaset, jotka muodostavat sen, pakenevat jatkuvasti avaruuteen.
Eksosfäärin käyttäytyminen on seurausta joukosta yksittäisiä molekyylejä tai atomeja, jotka seuraavat omaa kulkuaan maan gravitaatiokentässä.
Ilmakehän ominaisuudet
Ominaisuudet, jotka määrittelevät ilmakehän, ovat: paine (P), ainesosakaasujen tiheys tai konsentraatio (molekyylien lukumäärä / V, missä V on tilavuus), koostumus ja lämpötila (T). Jokaisessa ilmakehän kerroksessa nämä neljä ominaisuutta vaihtelevat.
Nämä muuttujat eivät toimi itsenäisesti, mutta ne liittyvät kaasulakiin:
P = dRT, missä d = molekyylien lukumäärä / V ja R on kaasuvakio.
Tämä laki täyttyy vain, jos kaasua muodostavien molekyylien välillä on riittävästi törmäyksiä.
Ilmakehän alemmissa kerroksissa (troposfääri, stratosfääri, mesosfääri ja termosfääri) sitä muodostavan kaasuseoksen voidaan käsitellä puristettavana kaasuna tai nesteenä, jonka lämpötila, paine ja tiheys liittyvät toisiinsa kaasut.
Nostamalla korkeutta tai etäisyyttä maan pinnasta, kaasumolekyylien paine ja törmäystaajuudet vähenevät huomattavasti.
600 km korkeudessa ja tämän tason yläpuolella ilmakehystä on tarkasteltava eri tavalla, koska se ei enää käyttäytyy kuin kaasu tai homogeeninen neste.
Eksosfäärin fysikaalinen tila: plasma
Ekstrasfäärin fysikaalinen tila on plasman tila, joka määritellään aineen aggregaation tai fysikaalisen tilan neljänteen tilaan.
Plasma on nestetila, jossa käytännöllisesti katsoen kaikki atomit ovat ionimuodossa, ts. Kaikissa hiukkasissa on sähkövarauksia ja läsnä on vapaita elektroneja, joita ei ole sidottu mihinkään molekyyliin tai atomiin. Se voidaan määritellä hiukkasten nestemäiseksi väliaineeksi, jolla on positiiviset ja negatiiviset sähköiset varaukset, sähköisesti neutraalit.
Plasmalla on tärkeitä kollektiivisia molekyylivaikutuksia, kuten vaste magneettikentälle, muodostaen rakenteita, kuten säteet, filamentit ja kaksoiskerrokset. Plasman fysikaalisella tilassa seoksena, joka on ionien ja elektronien suspensio, on ominaisuus olla hyvä sähkönjohtaja.
Se on yleisin fysikaalinen tila maailmankaikkeudessa, muodostaen planeettojenväliset, tähtienväliset ja galaktien väliset plasmat.
Kuva 2. Maan ilmapiiri, taustalla kuu. Lähde: NASA, Wikimedia Commonsin kautta
Kemiallinen koostumus
Ilmakehän koostumus vaihtelee korkeuden tai etäisyyden mukaan maan pinnasta. Koostumus, sekoittumisen tila ja ionisoitumisaste ovat määrääviä tekijöitä ilmakehän kerrosten pystysuuntaisen rakenteen erottamiseksi.
Turbulenssista johtuva kaasuseos on käytännössä nolla, ja sen kaasumaiset komponentit erottuvat nopeasti diffuusion avulla.
Eksosfäärissä lämpötilagradienti rajoittaa kaasuseosta. Turbulenssista johtuva kaasuseos on käytännössä nolla, ja sen kaasumaiset komponentit erottuvat nopeasti diffuusion avulla. Yli 600 km: n korkeudessa yksittäiset atomit voivat paeta maapallon vetovoimasta.
Eksosfääri sisältää pieniä pitoisuuksia kevyitä kaasuja, kuten vetyä ja heliumia. Nämä kaasut jakautuvat laajasti tähän kerrokseen, niiden välissä on erittäin suuria tyhjiöitä.
Eksosfäärin koostumuksessa on myös muita vähemmän kevyitä kaasuja, kuten typpi (N 2), happi (O 2) ja hiilidioksidi (CO 2), mutta ne sijaitsevat lähellä eksobaasia tai baropausea (eksosfäärin alue, joka rajoittaa termosfäärin tai ionosfäärin kanssa).
Molekyylin poistumisnopeus eksosfääristä
Eksosfäärissä molekyylitiheydet ovat erittäin pienet, ts. Molekyylejä on hyvin vähän tilavuusyksikköä kohti, ja suurin osa tästä tilavuudesta on tyhjää tilaa.
Vain siksi, että siellä on valtavia tyhjiä tiloja, atomit ja molekyylit voivat kulkea suuria matkoja törmäämättä keskenään. Molekyylien välisten törmäysten todennäköisyys on hyvin pieni, käytännössä nolla.
Törmäyksien puuttuessa kevyemmät ja nopeammat vety- (H) ja helium (He) -atomit voivat saavuttaa sellaisia nopeuksia, että ne pääsevät pois planeetan vetovoimakentältä ja poistua eksosfääristä planeettojenväliseen avaruuteen..
Vetyatomien pääsy avaruuteen eksosfääristä (arviolta noin 25 000 tonnia vuodessa) on varmasti myötävaikuttanut suuriin muutoksiin ilmakehän kemiallisessa koostumuksessa koko geologisen evoluution ajan.
Muilla eksosfäärin molekyyleillä, paitsi vedyllä ja heliumilla, on alhaiset keskimääräiset nopeudet, eivätkä ne saavuta poistumisnopeuttaan. Näille molekyyleille pääsynopeus ulkoavaruuteen on alhainen, ja poistuminen tapahtuu hyvin hitaasti.
Lämpötila
Eksosfäärissä lämpötilakäsitys järjestelmän sisäisen energian, toisin sanoen molekyylin liikkeen energian, mitattuna menettää merkityksen, koska molekyylejä on hyvin vähän ja tyhjää tilaa on paljon.
Tieteelliset tutkimukset ilmoittavat erittäin korkeat eksosfäärin lämpötilat, keskimäärin noin 1500 K (1773 ° C), jotka pysyvät vakiona korkeuden kanssa.
ominaisuudet
Eksosfääri on osa magnetosfääriä, koska magnetosfääri ulottuu 500–600 000 km: n päähän maan pinnasta.
Magnetosfääri on alue, jolla planeetan magneettikenttä taipuu auringon tuuleen, joka on ladattu erittäin korkean energian hiukkasilla, jotka ovat haitallisia kaikille tunnetuille elämänmuodoille.
Näin eksosfääri muodostaa suojakerroksen auringon säteilemiltä korkean energian hiukkasilta.
Viitteet
- Brasseur, G. ja Jacob, D. (2017). Ilmakehän kemian mallintaminen. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, JK (2003). Maa-aurinko-ympäristö. Cambridge: Cambridge University Press.
- Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et ai. (2018). VUV-spektroskopia maanpäälliselle eksoplanetaariselle eksosfäärille. European Planetary Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Voi 12, EPSC2018-621.
- Ritchie, G. (2017). Ilmakehän kemia. Oxford: World Scientific.
- Tinsley, BA, Hodges, RR ja Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo -malleja maanpäälliselle eksosfäärille aurinkosyklin aikana. Geofysikaalisen tutkimuksen lehti: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631 - 13747. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.