Экзосферы ( древнегреческий : ἔξω экзо «снаружи, внешний, за», древнегреческий : σφαῖρα sphaĩra «сфера») представляет собой тонкий, атмосфера, как объем , окружающий планету или естественного спутника , где молекулы гравитационно связаны с этим телом, но где их плотность слишком мала, чтобы они могли вести себя как газ при столкновении друг с другом. [1] В случае тел со значительной атмосферой, например земной., экзосфера - это самый верхний слой, где атмосфера истончается и сливается с межпланетным пространством. Он расположен прямо над термосферой . Об этом известно очень мало из-за отсутствия исследований. Ртуть , то Луна и три галилеевы спутников на Юпитере имеют поверхностные граничные экзосферы, которые экзосферы без плотной атмосферы под ним. Экзосфера Земли состоит в основном из водорода и гелия с некоторыми более тяжелыми атомами и молекулами у основания. [ необходима цитата ]
Экзосфера на границе [ править ]
Ртуть и несколько больших естественные спутников, такие как Луны и три галилеевых спутников из Юпитера (все , за исключением Io ), имеют экзосферы без более плотной атмосферы внизу, [2] называют поверхностной границей экзосферы . [3] 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.
Экзосфера Земли [ править ]
Самые распространенные молекулы в экзосфере Земли - это молекулы самых легких атмосферных газов. Водород присутствует во всей экзосфере, с небольшим количеством гелия , углекислого газа и атомарного кислорода около его основания. Поскольку может быть сложно определить границу между экзосферой и космическим пространством (см. «Верхняя граница» в конце этого раздела), экзосферу можно рассматривать как часть межпланетного или космического пространства .
Нижняя граница [ править ]
Нижняя граница экзосферы называется экзобазой . Ее также называют «критической высотой», поскольку на этой высоте более не действуют барометрические условия . На этой высоте атмосферная температура становится почти постоянной. [4] На Земле высота экзобазы колеблется от 500 до 1000 километров (от 310 до 620 миль ) в зависимости от солнечной активности. [5]
Экзобаза может быть определена одним из двух способов:
Если мы определим экзобазу как высоту, на которой движущиеся вверх молекулы испытывают в среднем одно столкновение, то в этом положении длина свободного пробега молекулы равна одной высоте шкалы давления . Это показано ниже. Рассмотрим объем воздуха с горизонтальной площадью и высотой, равной средней длине свободного пробега , при давлении и температуре . Для идеального газа количество содержащихся в нем молекул составляет:
где - универсальная газовая постоянная . Исходя из требования, чтобы каждая молекула, движущаяся вверх, претерпевала в среднем одно столкновение, давление составляет:
где - средняя молекулярная масса газа. Решение этих двух уравнений дает:
что является уравнением для высоты шкалы давления. Поскольку высота шкалы давления почти равна высоте шкалы плотности первичного компонента, и поскольку число Кнудсена является отношением длины свободного пробега к типичному масштабу флуктуаций плотности, это означает, что экзобаза находится в области, где .
Колебания высоты экзобазы важны, потому что это приводит к атмосферному сопротивлению спутников, что в конечном итоге приводит к их падению с орбиты, если не предпринимать никаких действий для поддержания орбиты.
Верхняя граница Земли [ править ]
В принципе, экзосфера покрывает расстояния, на которых частицы все еще гравитационно связаны с Землей , т.е. частицы все еще имеют баллистические орбиты, которые вернут их к Земле. Верхнюю границу экзосферы можно определить как расстояние, на котором влияние давления солнечного излучения 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.
Экзосфера Луны [ править ]
17 августа 2015 года на основе исследований с космическим аппаратом Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) ученые НАСА сообщили об обнаружении неона в экзосфере Луны . [1]
Ссылки [ править ]
- ^ a b Штайгервальд, Уильям (17 августа 2015 г.). «Космический корабль НАСА LADEE обнаруживает неон в лунной атмосфере» . НАСА . Проверено 18 августа 2015 года .
- ↑ День, Брайан (20 августа 2013 г.). «Почему имеет значение LADEE» . Исследовательский центр НАСА Эймса . Проверено 19 апреля 2015 года .
- ^ "Есть ли атмосфера на Луне?" . НАСА. 30 января 2014 . Дата обращения 4 августа 2016 .
- ^ Бауэр, Зигфрид; Ламмер, Гельмут. Планетарная аэрономия: Атмосферные среды в планетных системах , Springer Publishing , 2004.
- ^ «Экзосфера - обзор» . UCAR. 2011. Архивировано из оригинального 17 мая 2017 года . Проверено 19 апреля 2015 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Герд В. Пролсс: Физика космической среды Земли: Введение . ISBN 3-540-21426-7
