EXOSPHÄRE: EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, FUNKTIONEN UND TEMPERATUR - UMGEBUNG - 2025

Die Exosphäre ist die äußerste Schicht der Atmosphäre eines Planeten oder eines Satelliten und bildet die Obergrenze oder Grenze zum Weltraum. Auf dem Planeten Erde erstreckt sich diese Schicht über der Thermosphäre (oder Ionosphäre) aus 500 km Höhe über der Erdoberfläche.

Die terrestrische Exosphäre ist etwa 10.000 km dick und besteht aus Gasen, die sich stark von denen unterscheiden, aus denen die Luft besteht, die wir auf der Erdoberfläche atmen.

Abbildung 1. Schichten der Erdatmosphäre. Quelle: Esteban1216, aus Wikimedia Commons In der Exosphäre sind sowohl die Dichte gasförmiger Moleküle als auch der Druck minimal, während die Temperatur hoch ist und konstant bleibt. In dieser Schicht sind die Gase verteilt und entweichen in den Weltraum.

Eigenschaften

Die Exosphäre bildet die Übergangsschicht zwischen der Erdatmosphäre und dem interplanetaren Raum. Es hat sehr interessante physikalische und chemische Eigenschaften und erfüllt wichtige Funktionen des Schutzes des Planeten Erde.

Verhalten

Das Hauptmerkmal der Exosphäre ist, dass sie sich nicht wie eine gasförmige Flüssigkeit verhält, wie die inneren Schichten der Atmosphäre. Die Partikel, aus denen es besteht, entweichen ständig in den Weltraum.

Das Verhalten der Exosphäre ist das Ergebnis einer Reihe einzelner Moleküle oder Atome, die im Gravitationsfeld der Erde ihrer eigenen Flugbahn folgen.

Eigenschaften der Atmosphäre

Die Eigenschaften, die die Atmosphäre definieren, sind: der Druck (P), die Dichte oder Konzentration der Gasbestandteile (Anzahl der Moleküle / V, wobei V das Volumen ist), die Zusammensetzung und die Temperatur (T). In jeder Schicht der Atmosphäre variieren diese vier Eigenschaften.

Diese Variablen wirken nicht unabhängig voneinander, sondern sind durch das Gasgesetz verbunden:

P = dRT, wobei d = Anzahl der Moleküle / V und R die Gaskonstante ist.

Dieses Gesetz ist nur erfüllt, wenn zwischen den Molekülen, aus denen das Gas besteht, genügend Kollisionen bestehen.

In den unteren Schichten der Atmosphäre (Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Thermosphäre) kann das Gasgemisch, aus dem es besteht, als Gas oder Flüssigkeit behandelt werden, die komprimiert werden kann und deren Temperatur, Druck und Dichte durch das Gesetz von in Beziehung gesetzt werden die Gase.

Durch Erhöhen der Höhe oder Entfernung von der Erdoberfläche verringern sich der Druck und die Häufigkeit der Kollisionen zwischen den Gasmolekülen erheblich.

In 600 km Höhe und darüber muss die Atmosphäre anders betrachtet werden, da sie sich nicht mehr wie ein Gas oder eine homogene Flüssigkeit verhält.

Physikalischer Zustand der Exosphäre: Plasma

Der physikalische Zustand der Exosphäre ist der des Plasmas, der als vierter Aggregationszustand oder physikalischer Zustand der Materie definiert ist.

Plasma ist ein flüssiger Zustand, in dem praktisch alle Atome in ionischer Form vorliegen, dh alle Teilchen haben elektrische Ladungen und es sind freie Elektronen vorhanden, die an kein Molekül oder Atom gebunden sind. Es kann als ein flüssiges Medium von Partikeln mit positiven und negativen elektrischen Ladungen definiert werden, das elektrisch neutral ist.

Plasma zeigt wichtige kollektive molekulare Effekte wie seine Reaktion auf ein Magnetfeld und bildet Strukturen wie Strahlen, Filamente und Doppelschichten. Der physikalische Zustand des Plasmas als Gemisch in Form einer Suspension von Ionen und Elektronen hat die Eigenschaft, ein guter elektrischer Leiter zu sein.

Es ist der häufigste physikalische Zustand im Universum und bildet interplanetare, interstellare und intergalaktische Plasmen.

Abbildung 2. Erdatmosphäre, im Hintergrund der Mond. Quelle: NASA, über Wikimedia Commons

Chemische Zusammensetzung

Die Zusammensetzung der Atmosphäre variiert mit der Höhe oder Entfernung von der Erdoberfläche. Die Zusammensetzung, der Mischungszustand und der Ionisationsgrad sind bestimmende Faktoren zur Unterscheidung der vertikalen Struktur in den Schichten der Atmosphäre.

Das durch Turbulenzen verursachte Gasgemisch ist praktisch gleich Null, und seine gasförmigen Komponenten trennen sich schnell durch Diffusion.

In der Exosphäre wird das Gasgemisch durch den Temperaturgradienten begrenzt. Das durch Turbulenzen verursachte Gasgemisch ist praktisch gleich Null, und seine gasförmigen Komponenten trennen sich schnell durch Diffusion. Oberhalb von 600 km Höhe können einzelne Atome der Erdanziehungskraft entkommen.

Die Exosphäre enthält geringe Konzentrationen an leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium. Diese Gase sind in dieser Schicht weit verteilt, mit sehr großen Hohlräumen dazwischen.

Die Exosphäre hat auch andere weniger leichte Gase in ihrer Zusammensetzung, wie Stickstoff (N ₂ ), Sauerstoff (O ₂ ) und Kohlendioxid (CO ₂ ), aber diese befinden sich in der Nähe der Exobase oder Baropause (Bereich der Exosphäre, der begrenzt mit der Thermosphäre oder Ionosphäre).

Molekulare Fluchtgeschwindigkeit aus der Exosphäre

In der Exosphäre sind die Molekulardichten sehr gering, dh es gibt nur sehr wenige Moleküle pro Volumeneinheit, und der größte Teil dieses Volumens ist ein leerer Raum.

Nur weil es riesige leere Räume gibt, können Atome und Moleküle große Entfernungen zurücklegen, ohne miteinander zu kollidieren. Die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zwischen Molekülen ist sehr gering, praktisch gleich Null.

Ohne Kollisionen können die leichteren und schnelleren Wasserstoff- (H) und Heliumatome (He) Geschwindigkeiten erreichen, so dass sie dem Anziehungsfeld des Planeten entkommen und die Exosphäre in den interplanetaren Raum verlassen können. .

Das Entweichen von Wasserstoffatomen aus der Exosphäre in den Weltraum (geschätzt auf etwa 25.000 Tonnen pro Jahr) hat sicherlich zu wesentlichen Änderungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre während der geologischen Entwicklung beigetragen.

Die übrigen Moleküle in der Exosphäre haben außer Wasserstoff und Helium niedrige Durchschnittsgeschwindigkeiten und erreichen ihre Fluchtgeschwindigkeit nicht. Für diese Moleküle ist die Fluchtgeschwindigkeit in den Weltraum gering und die Flucht erfolgt sehr langsam.

Temperatur

In der Exosphäre verliert das Konzept der Temperatur als Maß für die innere Energie eines Systems, dh für die Energie der molekularen Bewegung, an Bedeutung, da es nur sehr wenige Moleküle und viel leeren Raum gibt.

Wissenschaftliche Studien berichten von extrem hohen Exosphärentemperaturen in der Größenordnung von durchschnittlich 1500 K (1773 ° C), die mit der Höhe konstant bleiben.

Eigenschaften

Die Exosphäre ist Teil der Magnetosphäre, da sich die Magnetosphäre zwischen 500 km und 600.000 km von der Erdoberfläche erstreckt.

Die Magnetosphäre ist der Bereich, in dem das Magnetfeld eines Planeten den Sonnenwind ablenkt, der mit sehr energiereichen Partikeln beladen ist, die für alle bekannten Lebensformen schädlich sind.

Auf diese Weise bildet die Exosphäre eine Schutzschicht gegen die von der Sonne emittierten energiereichen Partikel.

Verweise

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