Для чего нужна термосфера
Метеоролог и я
Научно-популярный метеорологический проект
Термосфера и её особенности
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;
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.
Термосфера, свойства, строение и структура
Термосфера, свойства, строение и структура.
Термосфера — слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км.
Термосфера, свойства, строение и структура:
Под действием солнечной радиации и космического излучения в термосфере происходит ионизация воздуха и образуются т.н. «полярные сияния».
Полеты в термосфере:
Беспилотные спутники тоже по большей части летают в термосфере, т.к. вывод спутника на более высокую орбиту требует больших затрат энергии, кроме того, для многих целей (например, для дистанционного зондирования Земли ) малая высота предпочтительнее.
Термосфера: характеристики, функции и полярные сияния
Содержание:
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.
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
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).
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
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
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.
Ссылки
11 Энергетическая пища для детей и взрослых
Индолеуксусная кислота: состав, свойства, производство, применение.
Какая температура в термосфере
Термосфера, свойства, строение и структура.
Термосфера – слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км.
Термосфера, свойства, строение и структура
Полеты в термосфере
Атмосфера и ее строение
Термосфера, свойства, строение и структура:
Термосфера (от греч. θερμός – «тёплый» и σφαῖρα – «шар», «сфера») – слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км.
Здесь же – в термосфере (на высоте 100 км) проходит условная граница между поверхностью планеты и космическим пространством – линия Кармана, за которой газы, свойственные атмосфере, практически отсутствуют.
В нижней части термосферы рост температуры в большей степени 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 кислорода на атомы). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере – джоулево тепло, выделяемое электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней части термосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.
Термосфера имеет чрезвычайно низкое содержание газов и соответственно низкое давление, которое в миллион раз меньше, чем на поверхности Земли.
Под действием солнечной радиации и космического излучения в термосфере происходит ионизация воздуха и образуются т.н. «полярные сияния».
За термосферой следует термопауза, а за последней – экзосфера. Ниже термосферы расположена мезопауза, а еще ниже – мезосфера.
Полеты в термосфере:
Из-за крайней разрежённости воздуха полёты в термосфере выше линии Кармана возможны только по баллистическим траекториям. Все пилотируемые орбитальные полёты (кроме полётов 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 вредное действие на людей.
Беспилотные спутники тоже по большей части летают в термосфере, т.к. вывод спутника на более высокую орбиту требует больших 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 сильной разрежённости воздуха (очень низкого давления, которое в миллион раз меньше, чем на поверхности Земли) он практически не взаимодействует с обшивкой летательного аппарата и не нагревает его, то есть плотности воздуха недостаточно для того, чтобы нагреть физическое тело, так как количество молекул очень мало, расстояние между молекулами огромно и частота их столкновений с обшивкой судна (соответственно и передачи тепловой энергии) невелика. Любые космические объекты, летающие в термосфере, практически оказываются в вакууме. Именно поэтому термосфера выбрана для размещения спутников и орбитальных станций.
Космические летательные аппараты, созданные из металла, который начинает плавиться при температуре 1560 градусов Цельсия, улетая в открытое космическое пространство и возвращаясь на Землю, легко преодолевают термосферу по вышеуказанным причинам.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
Коэффициент востребованности 592
Слой атмосферы Земли над мезосферой и под экзосферой
Диаграмма атмосферы Земли, показывающая все слои атмосферы в масштабе
Сильно ослабленный газ в этом слое может достигать температуры 2500 ° C (4530 ° F) в течение дня. Несмотря на высокую температуру, наблюдатель или объект будут испытывать низкие температуры в термосфере, потому что чрезвычайно низкая плотность газа (практически жесткий вакуум ) недостаточна для того, чтобы молекулы проводили тепло. Обычный термометр будет показывать значительно ниже 0 ° C (32 ° F), по крайней мере, ночью, потому что энергия, теряемая тепловым излучением, превысит энергию, полученную из атмосферного газа при прямом контакте. В акустической зоне на высоте более 160 километров (99 миль) плотность настолько мала, что молекулярные взаимодействия слишком редки, чтобы обеспечить передачу звука.
Термосфера полностью необитаема, за исключением Международной космической станции. Международная космическая станция вращается вокруг Земли в центре термосферы, между 408 и 410 километрами (254 и 255 миль).
Составляющие нейтрального газа
Рис. 1. Номенклатура атмосферных регионов на основе профилей электропроводности (слева), температуры (в центре) и плотности электронов в м (справа)
Турбулентность приводит к тому, что воздух в нижних слоях атмосферы ниже турбопаузы на расстоянии примерно 110 км представляет собой смесь газов, не меняющую своего состава. Его средняя молекулярная масса составляет 29 г / моль с молекулярным кислородом (O 2 ) и азотом (N 2 ) в качестве двух доминирующих компонентов. Однако выше турбопаузы диффузионное разделение различных компонентов является значительным, так что каждый компонент следует своей структуре барометрической высоты с высотой шкалы, обратно пропорциональной ее молекулярной массе. Атомарный кислород (O), гелий (He) и водород (H) более легкой составляющей последовательно доминируют на высоте примерно 200 км и варьируются в зависимости от географического положения, времени и солнечной активности. Отношение N 2 / O, которое является мерой электронной плотности в F-области ионосферы, сильно зависит от этих изменений. Эти изменения следуют из диффузии второстепенных компонентов через основной газовый компонент во время динамических процессов.
Термосфера содержит заметную концентрацию элементарного натрия в полосе толщиной 10 км, которая находится на краю мезосферы, на высоте 80-100 км над поверхностью Земли. Средняя концентрация натрия составляет 400 000 атомов на кубический сантиметр. Эта полоса регулярно пополняется за счет сублимации натрия от приходящих метеоров. Астрономы начали использовать эту полосу натрия для создания «опорных звезд » в рамках процесса оптической коррекции при проведении сверхчетких наземных наблюдений.
Ввод энергии
Энергетический баланс
Температура термосферы может быть определена из наблюдений плотности, а также из прямых спутниковых измерений. Зависимость температуры от высоты z на рис. 1 можно моделировать с помощью так называемого профиля Бейтса:
Температура экзосферы T ∞ является точным показателем солнечного XUV-излучения. Поскольку солнечное радиоизлучение F на длине волны 10,7 см является хорошим индикатором солнечной активности, можно применить эмпирическую формулу для спокойных магнитосферных условий.
(2) T ∞ ≃ 500 + 3.4 F 0 < displaystyle T _ < infty>simeq 500 + 3.4F_ <0>>
с T ∞ в K, F o в 10 Вт м Гц (индекс Ковингтона) a значение F, усредненное по нескольким солнечным циклам. Индекс Ковингтона обычно колеблется от 70 до 250 в течение солнечного цикла и никогда не опускается ниже примерно 50. Таким образом, T ∞ варьируется от 740 до 1350 K. В очень спокойных магнитосферных условиях магнитосферный вклад энергии составляет около 250 K в остаточную температуру 500 K в уравнении (2). Остальные 250 К в уравнении (2) можно отнести к атмосферным волнам, генерируемым в тропосфере и рассеивающимся в нижней термосфере.
Солнечное XUV-излучение
Солнечный ветер
Атмосферные волны
Нагревание, преимущественно приливными волнами, происходит в основном на низких и средних широтах. Изменчивость этого нагрева зависит от метеорологических условий в тропосфере и средней атмосфере и не может превышать примерно 50%.
Dynamics
Рис. 2. Схематическое сечение по высоте меридиана циркуляции (а) симметричной компоненты ветра (P 2 ), (b) антисимметричной компоненты ветра (P 1 ) и (d) симметричной компоненты суточного ветра (P 1 ) в 3 часа и 15 часов по местному времени. Верхняя правая панель (c) показывает горизонтальные векторы суточной составляющей ветра в северном полушарии в зависимости от местного времени.
В термосфере на высоте более 150 км все атмосферные волны последовательно становятся внешними волнами, и никакой значительной вертикальной волновой структуры нет. видно. Атмосферные волновые моды вырождаются в сферические функции Pnс меридиональным волновым числом и n – зональным волновым числом (m = 0: зональный средний поток; m = 1 : суточные приливы; m = 2: полусуточные приливы и т. д.). Термосфера становится системой затухающего генератора с характеристиками фильтра нижних частот. Это означает, что волны меньшего масштаба (большее число (n, m)) и более высокие частоты подавляются в пользу крупномасштабных волн и более низких частот. Если учесть очень тихие магнитосферные возмущения и постоянную среднюю температуру экзосферы (усредненную по сфере), наблюдаемое временное и пространственное распределение распределения температуры экзосферы можно описать суммой сферических функций:
Здесь это широта φ, долгота λ и время t, ω a угловая частота одного года, ω d угловая частота одного года. солнечный день, а τ = ω d t + λ – местное время. t a = 21 июня – дата северного летнего солнцестояния, а τ d = 15:00 – местное время максимальной суточной температуры.
Термосферные бури
В отличие от солнечного XUV-излучения, магнитосферные возмущения, показываемые на земле геомагнитными вариациями, демонстрируют непредсказуемый импульсивный характер, от кратковременных периодических возмущений порядка часов до длительных гигантских штормов продолжительностью несколько дней. Реакция термосферы на большую магнитосферную бурю называется термосферной бурей. Поскольку поступление тепла в термосферу происходит на высоких широтах (в основном в авроральные области), перенос тепла представлен членом P 2 в уравнении (3), обратный. Кроме того, из-за импульсной формы возмущения генерируются члены более высокого порядка, которые, однако, обладают коротким временем затухания и, следовательно, быстро исчезают. Сумма этих мод определяет «время прохождения» возмущения до более низких широт и, таким образом, время реакции термосферы на магнитосферное возмущение. Важным для развития ионосферной бури является увеличение отношения N 2 / O во время термосферной бури на средних и высоких широтах. Увеличение N 2 увеличивает процесс потерь ионосферной плазмы и, следовательно, вызывает уменьшение электронной плотности в F-слое ионосферы (отрицательная ионосферная буря).
Термосфера
Полезное
Смотреть что такое «Термосфера» в других словарях:
термосфера — термосфера … Орфографический словарь-справочник
термосфера — Область верхней атмосферы на высотах 100 500 км с положительным градиентом температуры. [ГОСТ 25645.113 84] термосфера Слой атмосферы планеты, лежащий над мезосферой, характеризуемый ростом температуры с высотой, постепенно замедляющимся и… … Справочник технического переводчика
ТЕРМОСФЕРА — слой атмосферы над мезосферой от высот 80 90 км, температура в котором растет до высот 200 300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остается почти постоянной до больших высот … Большой Энциклопедический словарь
ТЕРМОСФЕРА — ТЕРМОСФЕРА, оболочка из легких газов между МЕЗОСФЕРОЙ и ЭКЗОСФЕРОЙ, на высоте от 100 км до 400 км от поверхности Земли. С ростом высоты в термосфере температура равномерно растет … Научно-технический энциклопедический словарь
термосфера — сущ., кол во синонимов: 2 • слой (111) • сфера (36) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ТЕРМОСФЕРА — (от термо. и греч. sphaira шар, сфера), слой верхней атмосферы (в среднем от 80 до 800 км от поверхности Земли), расположенный между верхней границей мезосферы (мезопаузой) и термопаузой промежуточным слоем между термосферой и экзосферой. В… … Экологический словарь
термосфера — Слой верхней атмосферы, расположенный над мезопаузой, в котором температура обычно повышается с высотой. → Рис. 21, с. 51 … Словарь по географии
термосфера — слой атмосферы начиная с высот 80–90 км. Тем ра в термосфере быстро растёт до выс. 200–300 км, где достигает значений ок. 1500 °C, а затем остаётся почти постоянной до больших высот. Т. обр., термосфера – самая тёплая часть атмосферы, хотя из за… … Географическая энциклопедия
термосфера — слой атмосферы над мезосферой от высот 80 90 км, температура в котором растёт до высот 200 300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. * * * ТЕРМОСФЕРА ТЕРМОСФЕРА, слой атмосферы над… … Энциклопедический словарь
Термосфера — … Википедия