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.

Источник: naturae.ru

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Мезосфера

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

 

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Источник: meteoinfo.ru

Строение атмосферы Земли

Глядя на небо, особенно когда оно совершенно безоблачно, очень сложно даже предположить, что оно имеет такую сложную и многослойную структуру, что температура там на различных высотах очень сильно отличается, и что именно там, в высоте, происходят важнейшие процессы для всей флоры и фауны на Земле.

Если бы не такой сложный состав газового покрова планеты, то здесь бы просто не было никакой жизни и даже возможности для ее зарождения.

Первые попытки изучить эту часть окружающего мира были предприняты еще древними греками, но те не могли зайти в своих умозаключениях слишком далеко, так как не обладали необходимой технической базой. Они не видели границы разных слоев, не могли измерить их температуру, изучить компонентный состав и т. д.

В основном только погодные явления наталкивали самые прогрессивные умы на размышления о том, что видимое небо не такое простое, как кажется.

Считается, что структура современной газовой оболочки вокруг Земли образовалась в три этапа. Сначала была первичная атмосфера из водорода и гелия, захваченных из космического пространства.

Потом извержение вулканов наполнило воздух массой других частиц, и возникла вторичная атмосфера. После прохождения всех основных химических реакций и процессов релаксации частиц, возникла нынешняя ситуация.

Слои атмосферы по порядку от поверхности земли и их характеристика

Структура газовой оболочки планеты достаточно сложная и многообразная. Рассмотрим ее более подробно, постепенно дойдя на самых верхних уровней.

Тропосфера

Если не считать пограничный слой, тропосфера представляет собой самый нижний слой атмосферы. Простирается она на высоту приблизительно 8-10 км над поверхностью земли в полярных регионах, на 10-12 км в умеренном климате, а в тропических частях – на 16-18 километров.

Воздух тропосферы содержит в себе основную живительную силу для всего живого на земле. Здесь содержится около 80% от всего имеющегося атмосферного воздуха, более 90% водяного пара, именно здесь образуются облака, циклоны и прочие атмосферные явления.

Интересно отметить постепенное снижение температуры при поднятии от поверхности планеты. Ученые подсчитали, что на каждые 100 м высоты температура убывает примерно на 0,6-0,7 градусов.

Стратосфера

Следующий важнейший слой – стратосфера. Высота стратосферы составляет примерно 45-50 километров. Начинается она с 11 км и здесь уже преобладают отрицательные температуры, достигая целых -57°С.

Чем важен этот слой для человека, всех животных и растений? Именно здесь, на высоте 20-25 километров, находится озоновый слой – он задерживает ультрафиолетовые лучи, исходящие от солнца, и уменьшает их разрушительное воздействие на флору и фауну до приемлемого значения.

Очень интересно отметить, что стратосфера поглощает многие типы излучения, которые идут на землю от солнца, других звезд и космического пространства. Полученная энергия от этих частиц идет на ионизацию находящихся здесь молекул и атомов, появляются различные химические соединения.

Все это приводит к такому известному и красочному явлению, как северное сияние.

Мезосфера

Мезосфера начинается примерно с 50 и простирается до 90 километров. Градиент, или перепад температуры с изменением высоты, здесь уже не столь большой, как в нижних слоях. В верхних границах данной оболочки температура равна около -80°С. Состав этой области включает в себя примерно 80% азота, а также 20% кислорода.

Важно отметить, что мезосфера – своего рода мертвая зона для любых летательных устройств. Самолеты не могут здесь летать, так как воздух чрезмерно разрежен, спутники же на такой низкой высоте не летают, так как для них имеющаяся плотность воздуха очень большая.

Еще одна интересная характеристика мезосферы – именно здесь сгорают налетающие на планету метеориты. Изучение таких отдаленных от земли слоев происходит с помощью специальных ракет, но эффективность процесса невелика, поэтому изученность региона оставляет желать лучшего.

Термосфера

Сразу после рассмотренного слоя идет термосфера, высота в км которой простирается на целых 800 км. В некотором роде это уже почти открытый космос. Здесь наблюдается агрессивное воздействие космического излучения, радиации, солнечного излучения.

Все это порождает такое замечательное и красивое явление, как полярное сияние.

Самый низкий слой термосферы нагревается до температуры примерно 200 К и больше. Происходит это благодаря элементарным процессам между атомами и молекулами, их рекомбинацией и излучения.

Верхние слои же нагреваются благодаря протекающим здесь магнитным бурям, электрическим токам, которые при этом генерируются. Температура слоя неравномерна и может очень существенно колебаться.

В термосфере происходит полет большинства искусственных спутников, баллистических тел, пилотируемых станций и т.д. Также здесь производятся испытания запусков разного рода оружия, ракет.

Экзосфера

Экзосфера, или как она еще называется сфера рассеяния, — это самый верхний уровень нашей атмосферы, ее предел, за которым следует межпланетное космическое пространство. Начинается экзосфера с высоты примерно в 800-1000 километров.

Плотные слои остались позади и здесь воздух предельно разрежен, любые попавшие со стороны частицы просто уносятся в космос в силу очень слабого действия силы гравитации.

Заканчивается данная оболочка на высоте приблизительно 3000-3500 км, и здесь уже почти нет никаких частиц. Данная зона называется ближнекосмическим вакуумом. Здесь преобладают не отдельные частицы в своем обычном состоянии, а плазма, чаще всего полностью ионизированная.

Значение атмосферы в жизни Земли

Вот так выглядят все основные уровни устройства атмосферы нашей планеты. Подробная ее схема может включать и другие регионы, но они имеют уже второстепенное значение.

Важно отметить, что атмосфера играет для жизни на Земле решающую роль. Много озона в ее стратосфере позволяют флоре и фауне спасаться от убийственного действия радиации и излучения из космоса.

Также именно здесь формируется погода, происходят все атмосферные явления, зарождаются и умирают циклоны, ветры, устанавливается то или иное давление. Все это имеет прямое воздействие на состояние человека, всех живых организмов и растений.

Ближайший слой, тропосфера, дает нам возможность дышать, насыщает кислородом все живое и позволяет ему жить. Даже небольшие отклонения в структуре и компонентном составе атмосферы способны самым пагубным образом повлиять на все живое.

Именно поэтому сейчас развернулась такая кампания против вредных выбросов от авто и производства, экологи бьют тревогу по поводу толщины озонного шара, партия Зелёных и ей подобные ратуют за максимальное сохранение природы. Только так можно продлить нормальную жизнь на земле и не сделать ее невыносимой в климатическом плане.

Источник: 1001student.ru

Удивительно, но приходится возвращаться к этому вопросу из-за того, что очень многие понятия не имеют где же на самом деле летает Международная «космическая» станция и куда же совершают выходы «космонавты» в открытый космос или же в атмосферу Земли.

Это принципиальный вопрос — понимаете? Людям вдалбливают в голову, что представители человечества, которым дали гордые определения «астронавты» и «космонавты» свободно осуществляют выходы «в открытый космос» и более того там в этом самом якобы «космосе» даже летает «Космическая» станция. И все это в то время, когда все эти «достижения» осуществляются в атмосфере Земли.

Все пилотируемые орбитальные полёты  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 тоже 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 сильной 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 частота их столкновений с обшивкой судна (соответственно и передачи тепловой энергии) невелика. Исследования термосферы проводятся также с помощью суборбитальных геофизических ракет. В термосфере наблюдаются полярные сияния.

Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, 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.

Космическое пространство (космос) — относительно пустые участки Вселенной, которые лежат вне границ атмосфер небесных тел. Вопреки распространённым представлениям, космос не является абсолютно пустым пространством — в нём существует очень низкая плотность некоторых частиц (преимущественно водорода), а также электромагнитное излучение и межзвездное вещество. Слово «космос» имеет несколько различных значений. Иногда под космосом понимают всё пространство вне Земли, включая небесные тела.

400 км — высота орбиты Международной космической станции
500 км — начало внутреннего протонного радиационного пояса и окончание безопасных орбит для длительных полётов человека.
690 км — граница между термосферой и экзосферой.
1000—1100 км — максимальная высота полярных сияний, последнее видимое с поверхности Земли проявление атмосферы (но обычно хорошо заметные сияния происходят на высотах 90—400 км).
1372 км — максимальная высота, достигнутая человеком (Джемини-11 2 сентября 1966 г).
2000 км — атмосфера не оказывает воздействия на спутники и они могут существовать на орбите многие тысячелетия.
3000 км — максимальная интенсивность потока протонов внутреннего радиационного пояса (до 0,5—1 Гр/час).
12 756 км — мы отдалились на расстояние, равное диаметру планеты Земля.
17 000 км — внешний электронный радиационный пояс.
35 786 км — высота геостационарной орбиты, спутник на такой высоте будет всегда висеть над одной точкой экватора.
90 000 км — расстояние до головной ударной волны, образованной столкновением магнитосферы Земли с солнечным ветром.
100 000 км — верхняя замеченная спутниками граница экзосферы (геокорона) Земли. Атмосфера закончилась, начался открытый космос и  межпланетное пространство.

Поэтому новость «Астронавты NASA во время выхода в открытый космос починили систему охлаждения МКС«, должна звучать иначе — «Астронавты NASA во время выхода в атмосферу Земли, починили систему охлаждения МКС«, причем определения «астронавты», «космонавты» и «Международная Космическая Станция» требуют корректировки, по той простой причине, что станция не космическая и астронавты с космонавтами, скорее — атмосферонавты:)

Источник: earth-chronicles.ru

Над стратосферой лежит мезосфера, средний слой, отделяющий расположенную ниже стратосферу от негостеприимной термосферы. Начинаясь с высоты 80 – 90 км и имея температуру около -10ГС, мезосфера является посредником между этими слоями атмосферы Земли.

Военные самолеты летают на гораздо больших высотах, некоторые секретные самолеты-невидимки стремятся подняться до границ мезосферы и выше.

Термосфера

Переход от мезосферы к термосфере начинается на высоте около 80 км. Термосфера получила свое название благодаря тому, что в этом слое опять происходит рост температуры с высотой, которая может достичь поразительного значения в 1982°С. Различия в амплитуде температуры термосферы определяются количеством пятен и активностью вспышек на Солнце. Чем выше солнечная активность, тем больше тепла генерируется в термосфере.

Экстремально высокие температуры термосферы являются результатом поглощения ультрафиолетовой радиации. Эта радиация проникает в верхние слои атмосферы, отделяет атомы от электронов и создает положительно заряженные ионы. Электрически заряженные атомы накапливаются и образуют слои внутри термосферы. Из-за этой ионизации термосферу также называют ионосферой. Вследствие ионизации самая нижняя область термосферы поглощает радиоволны, тогда как другие ее части их отражают. Поскольку эта область сокращается и исчезает по ночам, радиоволны начинают отскакивать от термосферы рикошетом. Вот почему по ночам можно принимать очень далекие радиоволны. В настоящее время для спутниковой связи выбирают радиочастоты, которые могут стабильно проходить сквозь ионосферу.

Полярное сияние наблюдается в термосфере. Северное полярное сияние и южное полярное сияние также наблюдаются в термосфере. Когда вспышки на Солнце обрушиваются на магнитосферу и отрывают электроны от их атомов, они становятся причиной магнитных бурь в полярных областях. Вернитесь к рисунку 1.9, чтобы вспомнить о магнитных течениях, окружающих Землю.

Ослепительные красные и зеленые огни образуются, когда разбросанные в воздухе электроны воссоединяются с атомами, возвращая их к исходному состоянию. Еще выше, над полярными сияниями и ионосферой, газы из этого последнего слоя атмосферы начинают рассеиваться. В нескольких сотнях километров над Землей они постепенно исчезают в материи космоса. Космические корабли НАС А летают обычно на высотах от 160 до 500 км над Землей.

Источник: planete-zemlya.ru