Земна атмосфера — слоеве, част II

Земната атмосфера - слоеве

В текущия материал продължаваме подробното разглеждане на различните слоеве от земната атмосфера. В Земната атмосфера — слоеве, част I разгледахме тропосферата, стратосферата и мезосферата. Достигайки до границата между мезосферата и следващия слой, термосферата (т.нар. мезопауза), сме само на крачка от космоса.

Линия на Карман

На точно 100 километра над морското равнище се намира линията на Карман (англ. Kármán line), на името на американския инженер от унгарски произход Теодор фон Карман. През 50-те години на миналия век той предлага официално да бъде призната височинна граница на земната атмосфера, от която да се счита, че започва космосът. По-късно тя бива именувана на него и призната от Международната федерация по аеронавтика (FAI).

Линията на Карман е границата, до която въздушните течения все още могат да носят летателни апарати с подемната си сила. Над въпросните 100 км от повърхността, въздухът е прекалено разреден и, за да може един апарат да лети, той трябва да се движи със скорост, по-висока от орбиталната. По думите на фон Карман от неговата автобиография, “Това със сигурност е физическа граница, където аеродинамиката отстъпва на астронавтиката и затова си помислих защо да не е и официално призната граница?”

Разбира се, земната атмосфера не свършва изведнъж. Вместо това газовете стават все по-разредени, колкото по-високо се издигаме. Вземайки предвид линията на Карман, останалите два слоя технически са част от близкото околоземно космическо пространство. В тази връзка заглавието на тази втора част може би не е 100% точно.  Погледнато по един, или друг начин обаче, термосферата и екзосферата се приемат за част от земната атмосфера, както ще разберем по-долу.

Термосфера

Веднага след мезосферата и мезопаузата (на между 85 и 100 км над морското равнище) започва вторият най-висок слой от земната атмосфера — термосферата. Името ѝ идва от гръцки, където θερμός означава “топлина”. Това подхожда идеално — ултравиолетовата слънчева светлина предизвиква фотойонизация и превръща молекулите в йони. Поради това силно взаимодействие със слънчевата радиация, температурите в термосферата могат да достигнат 1500 градуса по Целзий.

Важно е да отбележим обаче, че термосферата е силно разредена и човек не би чувствал тези 1500 градуса така, както си представяме. Всъщност за човешкото тяло (и дори термометър) термосферата ще изглежда много студена. Причината за това са изключително редките удари между частиците (една молекула би могла да измине около един километър, докато се сблъска с друга; виж Ahrens, C. D. Essentials of Meteorology. 2005, Thomson Brooks/Cole).

Също така знаем от молекулно-кинетичната теория, частиците в даден флуид предават енергията си, която описва температурата, чрез еластични удари. Освен това, на около 160 км над повърхността плътността на въздуха е толкова ниска, че не позволява разпространяването на механични вълни, а оттам и разпространението на звук.

В ниската част на термосферата се получава едно от най-красивите явления на земната атмосфера— северното и южното сияния (англ. aurora borealis и aurora australis). Те са резултат от взаимодействие на слънчевия вятър, съставен от електрони и протони, със земната атмосфера. Те биват уловени от магнитното поле на нашата планета, след което се насочват по магнитните силови линии в посока към полюсите. Там тези частици си взаимодействат със частиците на атмосферата и йонизирайки ги създават красивото светене, което се наблюдава на големи географски ширини. Обикновено сиянията са видими над полярния кръг. Когато Слънцето е в период на висока активност обаче, светлините се наблюдават и при по-ниски ширини.

Термосферата е дом и на единствения постоянно обитаван космически апарат — Международната космическа станция. Тя лети в орбита около Земята на височина около 400 км. Със своята орбитална скорост от над 27 000 км в час, станцията прави една орбита около Земята за 90 минути. Така астронавтите на борда виждат по 16 слънчеви изгрева и 16 залеза на всеки 24 часа.

Екзосфера

Границата на термосферата е термопаузата, намираща се на приблизително 700 км над морското равнище. Над нея започва екзосферата. Основния състав на този най-външен слой от земната атмосфера е водород и хелий, с нищожни примеси на кислород и въглероден диоксид. Причината екзосферата да се смята за част от земната атмосфера е, че частиците в този слой все още са гравитационно свързани с нашата планета. Те обаче не се държат като газ поради ниската плътност. С издигане във височина екзосферата става все по-рядка.

На около 10 000 км от повърхността тя изчезва и се слива с междупланетното пространство и слънчевия вятър. Въпреки това, взаимодействието между нея и Слънцето се наблюдава на до 100 000 км (или почти една трета от разстоянието до Луната). На снимки от различни космически апарати, част от екзосферата се вижда. Това е така, защото водородът в нея отразява слънчева светлина в далечния ултравиолетов диапазон. Наричаме това явление геокорона. Повече за геокороната прочетете в тази публикация от Southwest Research Institute.

В рамките на екзосферата обикалят всички сателити. Навигационните са позиционирани на около 20 000 км над Земята; сателитите (обикновено метеорологични), които са в т.нар. геостационарна орбита пък, са на приблизително 35 700 км. Това им позволява да стоят неподвижни спрямо повърхността, тъй като орбитират със скорост равна на околоосното въртене на Земята.

Автор: Венцислав В. Димитров

* Материалът e продължение на Земната атмосфера — слоеве, част I, където можете да прочетете повече за останалите слоеве от земната атмосфера — тропосфера, стратосфера и мезосфера.

Астрономия

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *