خصائص Exosphere ، التركيب الكيميائي ، وظائف ودرجة الحرارة

ال إكزوسفير هي الطبقة الخارجية للغلاف الجوي لكوكب أو قمر صناعي ، تشكل الحد الأعلى أو الحد الأقصى للفضاء الخارجي. على كوكب الأرض ، تمتد هذه الطبقة فوق الغلاف الحراري (أو الأيونوسفير) ، على بعد 500 كيلومتر فوق سطح الأرض.

يبلغ سمك الغلاف الخارجي للأرض حوالي 10000 كم ويتكون من غازات مختلفة تمامًا عن تلك التي تشكل الهواء الذي نتنفسه على سطح الأرض.

في الغلاف الخارجي ، تكون كثافة الجزيئات الغازية والضغط ضئيلة للغاية ، في حين أن درجة الحرارة مرتفعة وتظل ثابتة. في هذه الطبقة ، تنتشر الغازات وهي تهرب إلى الفضاء الخارجي.

مؤشر

• 1 الخصائص
  • 1.1 السلوك
  • 1.2 خصائص الغلاف الجوي
  • 1.3 الحالة المادية للغلاف الخارجي: البلازما
• 2 التركيب الكيميائي
  • 2.1 السرعة الجزيئية للهروب من الغلاف الخارجي
• 3 درجة الحرارة
• 4 وظائف
• 5 المراجع

ملامح

الغلاف الخارجي هو طبقة الانتقال بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء بين الكواكب. لها خصائص فيزيائية وكيميائية مثيرة للاهتمام للغاية ، وتؤدي وظائف حماية مهمة لكوكب الأرض.

سلوك

السمة الرئيسية التي تحدد الغلاف الخارجي هي أنه لا يتصرف مثل السائل الغازي ، مثل الطبقات الداخلية للغلاف الجوي. الجزيئات التي تشكله تهرب إلى الفضاء الخارجي باستمرار.

سلوك الغلاف الخارجي هو نتيجة لمجموعة من الجزيئات أو الذرات الفردية ، التي تتبع مسارها الخاص في مجال الجاذبية الأرضية.

خصائص الغلاف الجوي

الخصائص التي تحدد الغلاف الجوي هي: الضغط (P) ، كثافة أو تركيز الغازات المكونة (عدد الجزيئات / V ، حيث V هي الحجم) ، التركيب ، ودرجة الحرارة (T). في كل طبقة من الغلاف الجوي تختلف هذه الخصائص الأربعة.

لا تعمل هذه المتغيرات بشكل مستقل ، ولكنها مرتبطة بقانون الغازات:

P = d.R.T ، حيث d = عدد الجزيئات / V و R هو ثابت الغاز.

لا يتحقق هذا القانون إلا إذا كانت هناك صدمات كافية بين الجزيئات التي تتكون منها الغاز.

في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي (التروبوسفير ، الستراتوسفير ، الميزوسفير ، الغلاف الحراري) ، يمكن معالجة خليط الغازات التي تتكون منه على أنه غاز أو مائع يمكن ضغطه ، وترتبط درجة حرارته وضغطه وكثافته من خلال قانون الغازات.

عن طريق زيادة الطول أو المسافة إلى سطح الأرض ، ينخفض ​​ضغط وتواتر الاصطدامات بين جزيئات الغازات بدرجة كبيرة.

على ارتفاع 600 كم وفوق هذا المستوى ، يجب علينا أن ننظر في الغلاف الجوي بطريقة مختلفة ، لأنه لم يعد يتصرف مثل الغاز أو السوائل المتجانسة.

الحالة الفيزيائية للغلاف الخارجي: البلازما

الحالة المادية للغلاف الخارجي هي حالة البلازما ، والتي تُعرف بالحالة الرابعة للتجميع أو الحالة الفيزيائية للمادة.

البلازما هي حالة من السوائل ، حيث تكون جميع الذرات تقريبًا في شكل أيوني ، أي أن لكل الجسيمات شحنة كهربائية وهناك وجود للإلكترونات الحرة ، غير مرتبطة بأي جزيء أو ذرة. يمكن تعريفها على أنها وسط سائل من الجزيئات ذات شحنات كهربائية موجبة وسالبة ، محايدة كهربائياً.

للبلازما آثار جزيئية جماعية مهمة ، مثل استجابتها لحقل مغناطيسي ، وتشكيل هياكل مثل الأشعة ، والشعيرات ، والطبقات المزدوجة. الحالة الفيزيائية للبلازما ، كخليط في شكل تعليق أيونات وإلكترونات ، لها خاصية كونها موصل جيد للكهرباء.

إنها الحالة المادية الأكثر شيوعًا في الكون ، حيث تشكل بلازما بين الكواكب ، بين النجوم وبين المجرات.

التركيب الكيميائي

يختلف تكوين الغلاف الجوي مع ارتفاع أو المسافة إلى سطح الأرض. التكوين ، وحالة الخلط ودرجة التأين ، هي العوامل المحددة للتمييز بين الهيكل العمودي في طبقات الغلاف الجوي.

مزيج الغازات الناجم عن الاضطراب باطل عمليا ، ويتم فصل مكوناته الغازية بسرعة عن طريق الانتشار.

في الغلاف الخارجي ، يتم تقييد خليط الغازات بواسطة التدرج الحراري. مزيج الغازات الناجم عن الاضطراب هو عمليا لا شيء ، ويتم فصل مكوناته الغازية بسرعة عن طريق الانتشار. فوق ارتفاع 600 كم ، يمكن للذرات الفردية الهروب من قوة الجاذبية الأرضية.

يحتوي الغلاف الخارجي على تركيزات منخفضة من الغازات الخفيفة مثل الهيدروجين والهيليوم. هذه الغازات منتشرة جدا في هذه الطبقة ، مع فراغات كبيرة جدا بينهما.

يحتوي الغلاف الخارجي أيضًا على غازات أخرى خفيفة أقل ، مثل النيتروجين (N₂) ، الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، ولكن هذه تقع بالقرب من exobase أو baropause (منطقة من exosphere التي تحد الحدود الحرارية أو الأيونوسفير).

السرعة الجزيئية للهروب من الغلاف الخارجي

تكون الكثافة الجزيئية في الغلاف الخارجي منخفضة للغاية ، أي أن هناك عددًا قليلًا جدًا من الجزيئات لكل وحدة حجم ، ومعظم هذا الحجم هو مساحة فارغة.

نظرًا لوجود مساحات فارغة كبيرة ، يمكن للذرات والجزيئات أن تتحرك لمسافات طويلة دون تصادم مع بعضها البعض. احتمال الاصطدام بين الجزيئات صغير جدًا ، لاغٍ عمليًا.

في غياب مثل هذه التصادمات ، يمكن لذرات الهيدروجين (H) والهيليوم (He) ، أخف وزنا وأسرع ، الوصول إلى سرعات تسمح لهما بالهروب من حقل الجذب الجاذبي للكوكب وترك الغلاف الخارجي نحو الفضاء بين الكواكب.

من المؤكد أن الهروب من الفضاء إلى ذرات الهيدروجين من الغلاف الخارجي (المقدّر بنحو 25000 طن في السنة) ، ساهم بالتأكيد في حدوث تغييرات كبيرة في التركيب الكيميائي للغلاف الجوي خلال التطور الجيولوجي بأكمله..

تتمتع بقية الجزيئات الموجودة في الغلاف الخارجي ، باستثناء الهيدروجين والهيليوم ، بسرعات متوسطة منخفضة ولا تصل إلى سرعة هروبها. بالنسبة لهذه الجزيئات ، يكون معدل الهروب إلى الفضاء الخارجي منخفضًا ، ويحدث الهروب ببطء شديد.

درجة الحرارة

في الغلاف الخارجي ، يفقد مفهوم درجة الحرارة كمقياس للطاقة الداخلية لنظام ما ، أي الطاقة الخاصة بالحركة الجزيئية ، معنى ، نظرًا لوجود عدد قليل جدًا من الجزيئات والكثير من المساحة الفارغة.

تشير الدراسات العلمية إلى درجات حرارة مرتفعة للغاية في الغلاف الخارجي ، تصل إلى 1500 كلفن (1773 درجة مئوية) في المتوسط ​​، والتي تظل ثابتة مع الارتفاع.

وظائف

الغلاف الخارجي جزء من الغلاف المغناطيسي ، حيث يمتد الغلاف المغناطيسي ما بين 500 كم و 600000 كيلومتر من سطح الأرض.

الغلاف المغناطيسي هو المنطقة التي ينحرف فيها المجال المغناطيسي لكوكب الرياح الشمسية ، المليئة بجزيئات ذات طاقة عالية جدًا ، ضارة بجميع أشكال الحياة المعروفة.

هذه هي الطريقة التي يشكل بها الغلاف الخارجي طبقة من الحماية ضد جزيئات الطاقة العالية المنبعثة من الشمس..

مراجع

1. براشر ، ج. وجاكوب ، د. (2017). نمذجة كيمياء الغلاف الجوي. كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج.
2. هارجريفز (2003). البيئة الشمسية الأرضية. كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج.
3. Kameda، S.، Tavrov، A.، Osada، N.، Murakami، G.، Keigo، K. وآخرون. (2018). VUV Spectroscopy لالفضاء الخارجي للكوكب الخارجي. مؤتمر علوم الكواكب الأوروبي 2018. ملخصات EPSC. المجلد 12 ، EPSC2018-621.
4. ريتشي ، ج. (2017). كيمياء الغلاف الجوي أكسفورد: العالم العلمي.
5. تينسلي ، ب.أ ، هودجز ، آر. و Rohrbaugh ، R.P. (1986). نماذج مونت كارلو للفضاء الخارجي على دورة شمسية. مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء Banner. 91 (A12): 13631-13647. Doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.