Что такое термосфера кратко
Обновлено: 07.07.2024
Температура воздуха в термосфере быстро и разрывно возрастает и может варьировать от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности.
Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода.
В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулево тепло, выделяемое электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.
Полёты в термосфере
Из-за крайней разреженности воздуха полёты выше линии Кармана возможны только по баллистической траектории. Все пилотируемые орбитальные полёты (за исключением полётов американских астронавтов к Луне) проходят в термосфере, преимущественно на высотах от 200 до 500 км — ниже 200 км сильно сказывается тормозящее действие воздуха, а выше 500 км простираются радиационные пояса, оказывающие на людей вредное действие.
Беспилотные спутники также по большей части летают в термосфере — вывод спутника на более высокую орбиту требует бо́льших затрат энергии, кроме того, для многих целей (например, для дистанционного зондирования Земли) малая высота предпочтительнее.
Высокая температура воздуха в термосфере не страшна летательным аппаратам, поскольку из-за высокой степени разреженности воздуха он практически не взаимодействует с обшивкой летательного аппарата, то есть плотности воздуха недостаточно для того, чтобы нагреть физическое тело, так как количество молекул очень мало и вероятность их столкновения с обшивкой судна (соответственно и передачи тепловой энергии) невелика. Исследования термосферы проводятся также с помощью суборбитальных геофизических ракет.
В термосфера Это четвертый из 5 слоев, на которые разделена атмосфера Земли, названного так из-за его высокой температуры. Фактически в термосфере температура достигает экстремальных значений, достигающих 2482 ° C.
Он расположен между мезосферой и экзосферой, на высоте от 80 до 700 км, покрывая около 620 км. Хотя по составу газа он похож на нижние слои атмосферы, присутствующие газы имеют очень низкую концентрацию.
Кроме того, эти газы не смешиваются, а образуют слои в соответствии с их молекулярной массой, с более легким кислородом вверху и азотом внизу. Из-за низкой плотности газов молекулы расположены так далеко друг от друга, что не могут передавать тепло или звук.
Основная характеристика термосферы - это ее состояние как приемника солнечной энергии, поскольку она захватывает большую часть высокоэнергетического излучения Солнца. Среди них, экстремальные рентгеновские лучи и ультрафиолетовые лучи, она действует как фильтр, предотвращающий чрезмерное нагревание Солнца этим излучением. планета.
Кроме того, электрические явления вызывают полярные сияния или полосы разноцветных огней на северном полюсе (aurora borealis) и на южном полюсе (aurora australis). Учитывая его общие характеристики, особенно стабильность, международная космическая станция и большинство спутников расположены в термосфере.
Характеристики термосферы
Расположение и расширение
Термосфера - это четвертый слой, определяемый в атмосфере Земли с поверхности планеты. Он расположен примерно на высоте от 80 до 700 км, с мезосферой под ним и экзосферой над ним.
Его высота составляет от 513 до 620 км, и граница между мезосферой и термосферой называется мезопаузой, а граница между термосферой и экзосферой называется термопаузой.
Состав и плотность
Как и нижняя атмосфера, термосфера состоит из ряда газов, в которых преобладают азот (78%) и кислород (21%). Помимо аргона (0,9%) и следов многих других газов.
Однако концентрация этих газов в термосфере намного ниже, чем в тропосфере или приземном слое. Фактически, масса молекул в термосфере составляет всего 0,002% от общей массы атмосферных газов.
Поэтому плотность частиц азота, кислорода или любого другого элемента в термосфере очень мала (между одной молекулой и другой много места). С другой стороны, эти газы распределяются в соответствии с их молекулярной массой, в отличие от нижних слоев атмосферы, где они смешиваются.
Итак, в термосфере кислород, гелий и водород выше, потому что они легче. В то время как самые тяжелые, такие как азот, расположены ближе к нижней зоне термосферы.
Кроме того, термосфера представляет собой слой натрия толщиной от 80 до 100 км толщиной около 10 км, который является общим с верхней частью мезосферы.
Температура
Из-за воздействия прямого солнечного излучения температура в термосфере увеличивается с высотой. Таким образом, достигается температура до 4500 градусов по Фаренгейту (около 2482 ° C).
Отсюда и его название, образованное приставкой термос = тепло, но из-за низкой плотности вещества, присутствующего в термосфере, тепло не может рассеиваться. Это связано с тем, что тепло - это энергия, которая передается при контакте одной молекулы с другой, и, поскольку они имеют низкую плотность, ее передача затруднена.
Фактически, в термосфере плотность газов настолько мала, что метеориты проходят через этот слой, не сгорая, несмотря на его высокую температуру. Метеориты горят, когда попадают в мезосферу, где плотность воздуха и трение выше.
Звук
Звук передается в атмосфере в ее нижних слоях, но не в термосфере, опять же из-за низкой плотности вещества. Это происходит потому, что звук передается, когда молекулы в воздухе вибрируют и сталкиваются друг с другом.
Поскольку молекулы в термосфере находятся далеко друг от друга, они не сталкиваются, когда они вибрируют, и звук не может двигаться.
Ионосфера
Это очень активный слой, который перекрывает мезосферу, термосферу и экзосферу, протяженность которой варьируется в зависимости от солнечной энергии. Ионосфера образуется, когда газы трех упомянутых слоев ионизируются или заряжаются энергией из-за воздействия солнечного излучения.
Из-за этого ионосфера иногда бывает более или менее обширной, но по большей части она охватывает термосферу.
Функция термосферы
Термосфера - это слой атмосферы, в котором магнитосфера и ионосфера взаимодействуют, заряжая молекулы электрически. Это происходит за счет фотоионизации или фотодиссоциации молекул кислорода и азота с образованием ионов.
Ионы - это атомы с электрическим зарядом, положительным или отрицательным, и они придают термосфере особые свойства. С другой стороны, термосфера конденсирует большую часть солнечной энергии, которая достигает планеты.
Фильтр солнечного излучения
Несмотря на низкую плотность газов в этом слое, они улавливают большую часть энергии, получаемой от Солнца. По этой причине высокие температуры возникают в термосфере, которая снижает нагрев земной поверхности, помимо захвата рентгеновских лучей и крайнее ультрафиолетовое излучение.
Радиоволны
Наличие электрически заряженного слоя (ионосфера) позволяет радиоволнам (коротким волнам) преломляться, то есть отражаться от термосферы. Благодаря этому радиоволны могут распространяться в любую точку планеты.
Космические гаджеты
В термосфере расположены космическая станция и многие низкоорбитальные спутники из-за относительной стабильности этого слоя. Здесь, помимо прочего, нет трения из-за низкой плотности воздуха и радиоволны достигают этого слоя атмосферы.
Путеводные звезды
Астрономам нужны ориентиры для корректировки своих телескопических наблюдений из-за искажения света, вызываемого атмосферой. Для этого, когда есть очень яркие звезды, они используют их в качестве ориентира, но таких звезд не так много.
Поэтому они искусственно создают их, посылая лазерный луч, который при попадании на слой натрия в термосфере производит вспышку (направляющая звезда).
Северное сияние или полярное сияние
Полярные сияния - это световые эффекты, возникающие в верхних слоях атмосферы, как в термосфере, так и в экзосфере. Эти световые шоу видны в полярных регионах: северное сияние, если они случаются на северном полюсе, и южное сияние на юге.
Указанные световые эффекты производятся солнечными бурями, которые называются выбросом корональной массы. В этих случаях Солнце выбрасывает в космос наэлектризованное излучение и газы, которые взаимодействуют с магнитным полем Земли.
Магнитосфера и ионосфера
Магнитосфера образуется в результате столкновения магнитного поля Земли, идущего от полюса к полюсу, и солнечного ветра, защищающего Землю от солнечного излучения и частиц. Однако часть наэлектризованной энергии и газов может проникать в атмосферу Земли через полюса.
Магнитосфера простирается в термосферу и экзосферу таким образом, что взаимодействует с ионосферой.
Взаимодействие
Маленькие наэлектризованные солнечные частицы достигают термосферы по магнитным линиям, сталкиваясь с атомами кислорода и азота. Фактически, это то, что формирует ионосферу, энергетически заряженную оболочку, производящую ионы (электрически заряженные частицы).
Это взаимодействие вызывает световые разряды, цвета которых зависят от взаимодействующего элемента и наблюдаются как волнообразные световые полосы в пространстве.
Если удар происходит между кислородом и электрически заряженными частицами, вспышки будут красными и зелеными. А если эти частицы сталкиваются с атомами азота, то цвет вспышек будет фиолетовым и синим.
Термосферой называют слой земной атмосферы, находящийся на высоте от 85-90 км до 800 км. По сравнению с другими слоями, довольно широкий. Нижней границей термосферы является атмосферный слой мезопауза. А сверху термосфера ограничена термопаузой.
Характеристика термосферы
Этот слой атмосферы Земли является весьма горячим. Ведь его температура быстро увеличивается от -90 °C до 1200 °C, и происходит это уже на высоте около 200 км. После этого температура воздуха практически не изменяется, но всё же немного колеблется, то повышаясь, то понижаясь. Обусловлено это интенсивностью солнечной активности, ведь ультрафиолетовое излучение поглощается термосферой на высотах 150-300 км. Это, кстати, является причиной возникновения полярного сияния атмосферы. Из-за поглощения излучения Солнца, температура в атмосферном слое может резко возрастать во время магнитных бурь, но происходит это крайне неравномерно.
Воздух атмосферного слоя крайне разрежен, то есть, имеет очень малую плотность. Именно поэтому летательные аппараты, оказавшиеся в термосфере, практически не подвергаются нагреванию, несмотря на высокую температуру слоя. Молекул воздуха попросту не хватает, чтобы разогреть физическое тело. Этим-то и пользуются люди, запуская беспилотные спутники в термосферу.
Также проходят пилотируемые орбитальные полёты, но возможно это лишь по баллистическим траекториям, и лишь до высоты 500 км. Ведь выше располагаются радиационные пояса, оказывающие вредное воздействие на людей.
Состав термосферы
В самом низу атмосферного слоя, на высоте 100 км, находится официально принятая граница атмосферы, называемая Линией Кармана. Разумеется, внешних проявлений границы в термосфере нет. Это понятие является весьма условным и существует лишь в теории. Назвали данную высоту границей, потому что управляемые полёты выше этой отметки, из-за сильно разреженной атмосферы, если и невозможны, то крайне затруднительны.
Сильно ионизированную, из-за поглощения космического излучения, часть атмосферы (а это практически вся термосфера), называют ионосферой. Это также атмосферный слой, но не такой, как все, ведь он не имеет чётких границ. Где из-за воздействия солнечного излучения воздух ионизируется, ту часть и называют ионосферой. В целом, фиксируется это явление на высотах от 60 км до 1000 км. Но, в любом случае, большая часть ионосферы находится внутри термосферы.
Экзосфера
Экзосфера - это сильно разреженный внешний слой атмосферы. Настолько, что газ утекает в межпланетное пространство.
Стратосфера
Стратосфера простирается на высоте 20-50 км. Это довольно важный атмосферный слой, содержащий порядка 20% запасов воздуха.
Ранее мы рассмотрели тропосферу, стратосферу и мезосферу, в которых заключено 99,5% всей массы атмосферы. На оставшиеся два слоя приходится всего 0,5% массы. Сегодня расскажем о далёком, уже далеко не родном слое. Этот слой сильно отличается от всех предыдущих и почти является переходом в космическое пространство.
Особенности термосферы:
1. Резкое повышение температуры воздуха до 1500°С в слое 90-200км;
2. Низкая плотность воздуха (в среднем 1,8×10 -12 г/см 3 );
3. Сильная ионизация;
4. Появление атомарного кислорода.
Если говорить о первом пункте, то в периоды высокой активности Солнца температура в термосфере даже превышает 1500°С, а во время полярных сияний кратковременно повышается до 3000°С. Градиент температуры в термосфере в слое 90-200км примерно составляет 14°С/км.
Интересно то, что верхняя граница термосферы определяется во многом Солнечной активностью. В периоды низкой активности происходит существенное уменьшение толщины слоя.
Из-за низкой плотности воздуха предметы, находящиеся в термосфере (например, спутники) не нагреваются за счёт теплообмена с воздухом. Содержание тепла у газов в термосфере тоже мало. Температура тел здесь напрямую зависит от количества поглощённого тепла, исходящего от Солнца.
Низкая плотность воздуха влечёт за собой слабое трение, поэтому в этом слое могут летать спутники, однако только выше 150км.
Ещё одной особенностью термосферы является одно из самых красивых явлений – полярное сияние. Одной из причин свечения является сильно ионизированный воздух.
Теперь вы немного знаете о термосфере и её особенностях. Остаётся нам изучить последний слой - экзосферу.
Читайте также: