Экзосфера

Экзосфера : ( древнегреческий : ἔξω éxō «снаружи, внешний, за пределами», древнегреческий гравитационно σφαῖρα sphaĩra «сфера») — это тонкий, похожий на атмосферу объем, окружающий планету или естественный спутник , где молекулы связаны с этим телом, но где плотность настолько мала, что молекулы практически не сталкиваются. ^{[ 1 ]} В случае тел с существенной атмосферой, таких как атмосфера Земли , экзосфера является самым верхним слоем, где атмосфера истончается и сливается с космическим пространством . Он расположен прямо над термосферой . О нем известно очень мало из-за отсутствия исследований . Меркурий , Луна , Церера , Европа и Ганимед имеют поверхностные экзосферы, которые представляют собой экзосферы без более плотной атмосферы под ними. Экзосфера Земли состоит в основном из водорода и гелия , а также некоторых более тяжелых атомов и молекул вблизи основания. ^{[ 2 ]}

Поверхностная граница экзосферы

Меркурий , Церера и несколько крупных естественных спутников, таких как Луна , Европа и Ганимед , имеют экзосферы без более плотной атмосферы под ними. ^{[ 3 ]} называется поверхностной границей экзосферы . ^{[ 4 ]} Здесь молекулы выбрасываются по эллиптическим траекториям до тех пор, пока не столкнутся с поверхностью. Меньшие тела, такие как астероиды, молекулы которых, испускаемые с поверхности, уходят в космос, не считаются имеющими экзосферу.

Экзосфера Земли

Наиболее распространенными молекулами в экзосфере Земли являются молекулы самых легких атмосферных газов. Водород присутствует во всей экзосфере, а присутствует некоторое количество гелия , углекислого газа и атомарного кислорода вблизи его основания . Поскольку определить границу между экзосферой и космическим пространством может быть сложно, экзосферу можно считать частью межпланетной среды или космического пространства .

Экзосфера Земли производит земную геокорону .

Нижняя граница

Нижняя граница экзосферы называется термопаузой или экзобазой . Ее также называют критической высотой , поскольку на этой высоте больше не действуют барометрические условия . Выше этой высоты температура атмосферы становится почти постоянной. ^{[ 5 ]} На Земле высота экзобазы колеблется от 500 до 1000 километров (от 310 до 620 миль ) в зависимости от солнечной активности. ^{[ 6 ]}

Экзобазу можно определить 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 будет равна одной высоте по шкале давления . Это показано ниже. Рассмотрим объем воздуха с горизонтальной площадью $A$ и высота равна средней длине свободного пробега $l$ , под давлением $p$ и температура $T$ . Для идеального газа число содержащихся в нем молекул равно:

N={\frac {pAl}{k_{B}T}}

где $k_{B}$ — постоянная Больцмана . Из требования, чтобы каждая молекула, движущаяся вверх, подвергалась в среднем одному столкновению, давление равно:

p={\frac {m_{A}Ng}{A}}

где $m_{A}$ – средняя молекулярная масса газа. Решение этих двух уравнений дает:

l={\frac {k_{B}T}{m_{A}g}}

что представляет собой уравнение для высоты шкалы давления. Поскольку высота шкалы давления почти равна высоте шкалы плотности первичного компонента, а число Кнудсена представляет собой отношение длины свободного пробега и типичного масштаба флуктуаций плотности, это означает, что экзобаза лежит в области, где $\mathrm {Kn} (h_{EB})\simeq 1$ .

Колебания высоты экзобазы важны, поскольку это создает атмосферное сопротивление спутникам, что в конечном итоге приводит к их падению с орбиты , если не предпринимаются действия по поддержанию орбиты.

Верхняя граница

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 обратно к Земле. Верхнюю границу экзосферы можно определить как расстояние, на котором влияние давления солнечной радиации на атомарный водород превышает влияние гравитационного притяжения Земли. Это происходит на половине расстояния до Луны или где-то около 200 000 километров (120 000 миль). Экзосфера, наблюдаемая из космоса как геокорона , простирается как минимум на 100 000 километров (62 000 миль) от поверхности Земли. ^{[ 7 ]} Другие ученые считают, что экзосфера заканчивается на высоте около 10 000 километров (6 200 миль). ^{[ 8 ]}

Экзосфера других небесных тел

Если атмосфера небесного тела очень разрежена, как атмосфера Луны или Меркурия , вся атмосфера считается экзосферой. ^{[ 9 ]}

Экзосфера Меркурия

Существует множество гипотез об образовании экзосферы на поверхности Меркурия , которая, как было отмечено, включает такие элементы, как натрий (Na), калий (K) и кальций (Ca). ^{[ 10 ]} Каждый материал был предложен в результате таких процессов, как удары, солнечный ветер и дегазация земного тела, которые заставляют атомы или молекулы формировать экзосферу планеты. ^{[ 10 ]}

Сообщается, что метеороиды обычно ударяются о поверхность Меркурия со скоростью до 80 км/с, что может вызвать испарение как метеора, так и поверхностного реголита при контакте. ^{[ 11 ]} Эти выбросы могут привести к образованию облаков смешанных материалов из-за силы удара, которые способны переносить газообразные материалы и соединения в экзосферу Меркурия. Во время удара бывшие элементы сталкивающихся тел в основном распадаются на атомы, а не на молекулы, которые затем могут быть преобразованы в процессе охлаждения и закалки. Были обнаружены такие материалы, как Na, NaOH и O ₂ . ^{[ 11 ]} Однако предполагается, что, хотя различные формы натрия были выброшены в экзосферу Меркурия в результате удара метеорита, это является небольшим фактором, влияющим на концентрацию атомов натрия и калия в целом. ^{[ 11 ]} Кальций, скорее всего, является результатом ударов, хотя считается, что его транспортировка осуществляется за счет фотолиза его бывших оксидов или гидроксидов, а не атомов, высвободившихся в момент удара, таких как натрий, калий и железо (Fe). ^{[ 11 ]}

Другой возможный способ формирования экзосферы Меркурия обусловлен его уникальным соотношением магнитосферы и солнечного ветра . Предполагается, что магнитосфера этого небесного тела представляет собой неполную защиту от выветривания солнечного ветра. Если быть точным, в магнитосфере есть отверстия, через которые солнечный ветер может превзойти магнитосферу, достичь тела Меркурия и распылить компоненты поверхности, которые станут возможными источниками материала в экзосфере. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} Выветривание способно разрушить такие элементы, как натрий, и перенести их в атмосферу. Однако это явление не является постоянным и не может объяснить все атомы или молекулы экзосферы. ^{[ 13 ]}

См. также

Ссылки

^ Штайгервальд, Уильям (17 августа 2015 г.). «Космический корабль НАСА LADEE обнаружил неон в лунной атмосфере» . НАСА . Проверено 18 августа 2015 г.
^ «Экзосфера — обзор | Темы ScienceDirect» .
^ Дэй, Брайан (20 августа 2013 г.). «Почему LADEE имеет значение» . Исследовательский центр Эймса НАСА. Архивировано из оригинала 18 апреля 2015 года . Проверено 19 апреля 2015 г.
^ «Есть ли атмосфера на Луне?» . НАСА. 30 января 2014 г. Архивировано из оригинала 2 ноября 2019 г. . Проверено 4 августа 2016 г.
^ Бауэр, Зигфрид; Ламмер, Хельмут. Планетарная аэрономия: атмосфера в планетарных системах , Springer Publishing , 2004.
^ «Экзосфера – обзор» . УКАР. 2011. Архивировано из оригинала 17 мая 2017 года . Проверено 19 апреля 2015 г.
^ «Экзосфера» . Университетская корпорация по исследованию атмосферы . Проверено 5 октября 2022 г.
^ «Слои атмосферы Земли» . 22 января 2013 г.
^ Шоумен, AP; Даулинг, Т.Э. (2014). «Земля как планета: атмосфера и океаны» . Ин Спон, Т.; Брейер, Д.; Джонсон, Т. (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (3-е изд.). Эльзевир. п. 427. ИСБН 9780124160347 .
^ Jump up to: ^а ^б Леблан, Ф.; Шасфьер, Э.; Джонсон, RE; Хантен, DM; Каллио, Э.; Делькур, округ Колумбия; Киллен, РМ; Луманн, Дж.Г.; Поттер, А.Е.; Джамбон, А.; Кремонезе, Г.; Мендилло, М.; Ян, Н.; Спраг, Алабама (1 июня 2007 г.). «Происхождение экзосферы Меркурия и связь с его магнитосферой и поверхностью» . Планетарная и космическая наука . Основные моменты планетологии. 55 (9): 1069–1092. дои : 10.1016/j.pss.2006.11.008 . ISSN 0032-0633 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Бережной Алексей Александрович; Клумов, Борис А. (1 июня 2008 г.). «Влияния как источники экзосферы на Меркурий» . Икар . 195 (2): 511–522. дои : 10.1016/j.icarus.2008.01.005 . ISSN 0019-1035 .
^ Поттер, А.Е.; Морган, TH (18 мая 1990 г.). «Доказательства магнитосферного воздействия на натриевую атмосферу Меркурия» . Наука . 248 (4957): 835–838. дои : 10.1126/science.248.4957.835 . ISSN 0036-8075 .
^ Jump up to: ^а ^б Киллен, РМ; Поттер, А.Е.; Райфф, П.; Сарантос, М.; Джексон, БВ; Хик, П.; Джайлз, Б. (25 сентября 2001 г.). «Свидетельства космической погоды на Меркурии» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 106 (Е9): 20509–20525. дои : 10.1029/2000JE001401 . ISSN 0148-0227 .

Дальнейшее чтение

Прельсс, Герд В. (2012) [2004]. Физика космической среды Земли: Введение . Перевод Майкла Кейта Берда. Спрингер. ISBN 978364297123-5 . ОСЛК 942901197 .

[NASA-20150817-1] Штайгервальд, Уильям (17 августа 2015 г.). «Космический корабль НАСА LADEE обнаружил неон в лунной атмосфере» . НАСА . Проверено 18 августа 2015 г.

[2] «Экзосфера — обзор | Темы ScienceDirect» .

[NASA-20150306-3] Дэй, Брайан (20 августа 2013 г.). «Почему LADEE имеет значение» . Исследовательский центр Эймса НАСА. Архивировано из оригинала 18 апреля 2015 года . Проверено 19 апреля 2015 г.

[4] «Есть ли атмосфера на Луне?» . НАСА. 30 января 2014 г. Архивировано из оригинала 2 ноября 2019 г. . Проверено 4 августа 2016 г.

[5] Бауэр, Зигфрид; Ламмер, Хельмут. Планетарная аэрономия: атмосфера в планетарных системах , Springer Publishing , 2004.

[6] «Экзосфера – обзор» . УКАР. 2011. Архивировано из оригинала 17 мая 2017 года . Проверено 19 апреля 2015 г.

[7] «Экзосфера» . Университетская корпорация по исследованию атмосферы . Проверено 5 октября 2022 г.

[8] «Слои атмосферы Земли» . 22 января 2013 г.

[Showman_2014-9] Шоумен, AP; Даулинг, Т.Э. (2014). «Земля как планета: атмосфера и океаны» . Ин Спон, Т.; Брейер, Д.; Джонсон, Т. (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (3-е изд.). Эльзевир. п. 427. ИСБН 9780124160347 .

[:0-10] Jump up to: ^а ^б Леблан, Ф.; Шасфьер, Э.; Джонсон, RE; Хантен, DM; Каллио, Э.; Делькур, округ Колумбия; Киллен, РМ; Луманн, Дж.Г.; Поттер, А.Е.; Джамбон, А.; Кремонезе, Г.; Мендилло, М.; Ян, Н.; Спраг, Алабама (1 июня 2007 г.). «Происхождение экзосферы Меркурия и связь с его магнитосферой и поверхностью» . Планетарная и космическая наука . Основные моменты планетологии. 55 (9): 1069–1092. дои : 10.1016/j.pss.2006.11.008 . ISSN 0032-0633 .

[:1-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Бережной Алексей Александрович; Клумов, Борис А. (1 июня 2008 г.). «Влияния как источники экзосферы на Меркурий» . Икар . 195 (2): 511–522. дои : 10.1016/j.icarus.2008.01.005 . ISSN 0019-1035 .

[12] Поттер, А.Е.; Морган, TH (18 мая 1990 г.). «Доказательства магнитосферного воздействия на натриевую атмосферу Меркурия» . Наука . 248 (4957): 835–838. дои : 10.1126/science.248.4957.835 . ISSN 0036-8075 .

[:2-13] Jump up to: ^а ^б Киллен, РМ; Поттер, А.Е.; Райфф, П.; Сарантос, М.; Джексон, БВ; Хик, П.; Джайлз, Б. (25 сентября 2001 г.). «Свидетельства космической погоды на Меркурии» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 106 (Е9): 20509–20525. дои : 10.1029/2000JE001401 . ISSN 0148-0227 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

v т и Атмосфера Земли
Troposphere Stratosphere Mesosphere Thermosphere Exosphere
Tropopause Stratopause Mesopause Thermopause / Exobase
Ozone layer Turbopause Ionosphere

Базы данных авторитетного контроля
Национальный	Германия Чешская Республика
Другой	Энциклопедия современной Украины