EXOSPHERE: KENMERKEN, SAMENSTELLING, FUNCTIES EN TEMPERATUUR - MILIEU - 2025

De exosfeer is de buitenste laag van de atmosfeer van een planeet of een satelliet en vormt de bovengrens of grens met de ruimte. Op planeet Aarde strekt deze laag zich uit boven de thermosfeer (of ionosfeer), vanaf 500 km boven het aardoppervlak.

De terrestrische exosfeer is ongeveer 10.000 km dik en bestaat uit gassen die heel anders zijn dan de gassen die de lucht vormen die we inademen op het aardoppervlak.

Figuur 1. Lagen van de atmosfeer van de aarde. Bron: Esteban1216, van Wikimedia Commons In de exosfeer zijn zowel de dichtheid van gasvormige moleculen als de druk minimaal, terwijl de temperatuur hoog is en constant blijft. In deze laag worden de gassen verspreid en ontsnappen ze naar de ruimte.

kenmerken

De exosfeer vormt de overgangslaag tussen de atmosfeer van de aarde en de interplanetaire ruimte. Het heeft zeer interessante fysische en chemische eigenschappen, en het vervult belangrijke functies van bescherming van de planeet Aarde.

Gedrag

Het belangrijkste kenmerkende kenmerk van de exosfeer is dat het zich niet gedraagt ​​als een gasvormige vloeistof, zoals de binnenste lagen van de atmosfeer. De deeltjes waaruit het bestaat, ontsnappen constant de ruimte in.

Het gedrag van de exosfeer is het resultaat van een reeks individuele moleculen of atomen, die hun eigen traject volgen in het zwaartekrachtveld van de aarde.

Eigenschappen van de atmosfeer

De eigenschappen die de atmosfeer bepalen zijn: de druk (P), de dichtheid of concentratie van de samenstellende gassen (aantal moleculen / V, waarbij V het volume is), de samenstelling en de temperatuur (T). In elke laag van de atmosfeer variëren deze vier eigenschappen.

Deze variabelen werken niet onafhankelijk, maar zijn gerelateerd aan de gaswet:

P = dRT, waarbij d = aantal moleculen / V en R de gasconstante is.

Aan deze wet wordt alleen voldaan als er voldoende botsingen zijn tussen de moleculen waaruit het gas bestaat.

In de onderste lagen van de atmosfeer (troposfeer, stratosfeer, mesosfeer en thermosfeer) kan het mengsel van gassen waaruit het bestaat, worden behandeld als een gas of vloeistof die kan worden gecomprimeerd, waarvan de temperatuur, druk en dichtheid gerelateerd zijn aan de wet van de gassen.

Door de hoogte of afstand tot het aardoppervlak te vergroten, nemen de druk en de frequentie van de botsingen tussen de gasmoleculen aanzienlijk af.

Op 600 km hoogte en daarboven moet de atmosfeer op een andere manier bekeken worden, aangezien deze zich niet langer gedraagt ​​als een gas of een homogene vloeistof.

Fysische toestand van de exosfeer: plasma

De fysieke toestand van de exosfeer is die van plasma, dat wordt gedefinieerd als de vierde toestand van aggregatie of fysieke toestand van materie.

Plasma is een toestand van vloeistof, waarbij praktisch alle atomen in ionische vorm zijn, dat wil zeggen, alle deeltjes hebben elektrische ladingen en er zijn vrije elektronen, niet gebonden aan een molecuul of atoom. Het kan worden gedefinieerd als een vloeibaar medium van deeltjes met positieve en negatieve elektrische ladingen, elektrisch neutraal.

Plasma vertoont belangrijke collectieve moleculaire effecten, zoals de reactie op een magnetisch veld, waarbij structuren worden gevormd zoals stralen, filamenten en dubbele lagen. De fysische toestand van plasma, als een mengsel in de vorm van een suspensie van ionen en elektronen, heeft de eigenschap een goede geleider van elektriciteit te zijn.

Het is de meest voorkomende fysieke toestand in het universum en vormt interplanetaire, interstellaire en intergalactische plasma's.

Figuur 2. De atmosfeer van de aarde, op de achtergrond de maan. Bron: NASA, via Wikimedia Commons

Chemische samenstelling

De samenstelling van de atmosfeer varieert met de hoogte of de afstand tot het aardoppervlak. De samenstelling, de staat van menging en de mate van ionisatie zijn bepalende factoren om de verticale structuur in de lagen van de atmosfeer te onderscheiden.

Het gasmengsel als gevolg van turbulentie is praktisch nihil en de gasvormige componenten scheiden snel door diffusie.

In de exosfeer wordt het mengsel van gassen beperkt door de temperatuurgradiënt. Het gasmengsel als gevolg van turbulentie is praktisch nihil en de gasvormige componenten scheiden snel door diffusie. Boven 600 km hoogte kunnen individuele atomen ontsnappen aan de aantrekkingskracht van de aarde.

De exosfeer bevat lage concentraties lichte gassen zoals waterstof en helium. Deze gassen zijn wijd verspreid in deze laag, met zeer grote holtes ertussen.

De exosfeer heeft ook andere, minder lichte gassen in zijn samenstelling, zoals stikstof (N ₂ ), zuurstof (O ₂ ) en kooldioxide (CO ₂ ), maar deze bevinden zich nabij de exobase of baropauze (gebied van de exosfeer dat met de thermosfeer of ionosfeer).

Moleculaire ontsnappingssnelheid uit de exosfeer

In de exosfeer zijn de moleculaire dichtheden erg laag, dat wil zeggen, er zijn maar heel weinig moleculen per volume-eenheid, en het grootste deel van dit volume is lege ruimte.

Alleen omdat er enorme lege ruimtes zijn, kunnen atomen en moleculen grote afstanden afleggen zonder met elkaar in botsing te komen. De kans op botsingen tussen moleculen is erg klein, praktisch nihil.

Als er geen botsingen zijn, kunnen de lichtere en snellere waterstof- (H) - en helium- (He) -atomen zo snelheden bereiken dat ze aan het zwaartekrachtveld van de planeet kunnen ontsnappen en de exosfeer kunnen verlaten naar de interplanetaire ruimte. .

De ontsnapping naar de ruimte van waterstofatomen uit de exosfeer (geschat op ongeveer 25.000 ton per jaar), heeft zeker bijgedragen tot grote veranderingen in de chemische samenstelling van de atmosfeer tijdens de geologische evolutie.

De rest van de moleculen in de exosfeer, behalve waterstof en helium, hebben lage gemiddelde snelheden en bereiken hun ontsnappingssnelheid niet. Voor deze moleculen is de snelheid waarmee ze naar de ruimte ontsnappen laag, en ontsnapping verloopt heel langzaam.

Temperatuur

In de exosfeer verliest het concept van temperatuur als maat voor de interne energie van een systeem, dat wil zeggen van de energie van moleculaire beweging, betekenis, omdat er maar heel weinig moleculen zijn en veel lege ruimte.

Wetenschappelijke studies melden extreem hoge temperaturen in de exosfeer, gemiddeld in de orde van grootte van 1500 K (1773 ° C), die constant blijven met de hoogte.

Kenmerken

De exosfeer maakt deel uit van de magnetosfeer, aangezien de magnetosfeer zich uitstrekt tussen 500 km en 600.000 km vanaf het aardoppervlak.

De magnetosfeer is het gebied waar het magnetisch veld van een planeet de zonnewind afbuigt, die geladen is met zeer hoogenergetische deeltjes die schadelijk zijn voor alle bekende levensvormen.

Dit is hoe de exosfeer een beschermingslaag vormt tegen de hoogenergetische deeltjes die door de zon worden uitgestoten.

Referenties

1. Brasseur, G. en Jacob, D. (2017). Modellering van atmosferische chemie. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Hargreaves, JK (2003). De zonne-terrestrische omgeving. Cambridge: Cambridge University Press.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). VUV-spectroscopie voor terrestrische exoplanetaire exosfeer. European Planetary Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Vol.12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Atmosferische chemie. Oxford: World Scientific.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR en Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo-modellen voor de terrestrische exosfeer gedurende een zonnecyclus. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.