- caratteristiche
- Comportamento
- Proprietà dell'atmosfera
- Stato fisico dell'esosfera: plasma
- Composizione chimica
- Velocità di fuga molecolare dall'esosfera
- Temperatura
- Caratteristiche
- Riferimenti
L' esosfera è lo strato più esterno dell'atmosfera di un pianeta o di un satellite, che costituisce il limite superiore o il confine con lo spazio esterno. Sul pianeta Terra, questo strato si estende sopra la termosfera (o ionosfera), da 500 km sopra la superficie terrestre.
L'esosfera terrestre ha uno spessore di circa 10.000 km ed è costituita da gas molto diversi da quelli che compongono l'aria che respiriamo sulla superficie terrestre.
Figura 1. Strati dell'atmosfera terrestre. Fonte: Esteban1216, da Wikimedia Commons Nell'esosfera sia la densità delle molecole gassose sia la pressione sono minime, mentre la temperatura è alta e rimane costante. In questo strato i gas si disperdono, scappando nello spazio.
caratteristiche
L'esosfera costituisce lo strato di transizione tra l'atmosfera terrestre e lo spazio interplanetario. Ha caratteristiche fisiche e chimiche molto interessanti, e svolge importanti funzioni di protezione del pianeta Terra.
Comportamento
La caratteristica principale che definisce l'esosfera è che non si comporta come un fluido gassoso, come gli strati interni dell'atmosfera. Le particelle che lo compongono fuggono costantemente nello spazio.
Il comportamento dell'esosfera è il risultato di un insieme di singole molecole o atomi, che seguono la propria traiettoria nel campo gravitazionale terrestre.
Proprietà dell'atmosfera
Le proprietà che definiscono l'atmosfera sono: la pressione (P), la densità o concentrazione dei gas costituenti (numero di molecole / V, dove V è il volume), la composizione e la temperatura (T). In ogni strato dell'atmosfera queste quattro proprietà variano.
Queste variabili non agiscono in modo indipendente, ma sono correlate dalla legge dei gas:
P = dRT, dove d = numero di molecole / V e R è la costante dei gas.
Questa legge è soddisfatta solo se ci sono abbastanza collisioni tra le molecole che compongono il gas.
Negli strati inferiori dell'atmosfera (troposfera, stratosfera, mesosfera e termosfera), la miscela di gas che la compone può essere trattata come un gas o fluido comprimibile, la cui temperatura, pressione e densità sono correlate tramite la legge di i gas.
Aumentando l'altezza o la distanza dalla superficie terrestre, la pressione e la frequenza delle collisioni tra le molecole di gas diminuiscono notevolmente.
A 600 km di altitudine e al di sopra di questo livello l'atmosfera deve essere considerata in modo diverso, poiché non si comporta più come un gas o un fluido omogeneo.
Stato fisico dell'esosfera: plasma
Lo stato fisico dell'esosfera è quello del plasma, che è definito come il quarto stato di aggregazione o stato fisico della materia.
Il plasma è uno stato fluido, dove praticamente tutti gli atomi sono in forma ionica, cioè tutte le particelle hanno cariche elettriche e sono presenti elettroni liberi, non legati a nessuna molecola o atomo. Può essere definito come un mezzo fluido di particelle con cariche elettriche positive e negative, elettricamente neutre.
Il plasma mostra importanti effetti molecolari collettivi, come la sua risposta a un campo magnetico, formando strutture come raggi, filamenti e doppi strati. Lo stato fisico del plasma, come miscela sotto forma di sospensione di ioni ed elettroni, ha la proprietà di essere un buon conduttore di elettricità.
È lo stato fisico più comune nell'universo, che forma plasmi interplanetari, interstellari e intergalattici.
Figura 2. Atmosfera terrestre, sullo sfondo la luna. Fonte: NASA, tramite Wikimedia Commons
Composizione chimica
La composizione dell'atmosfera varia con l'altitudine o la distanza dalla superficie terrestre. La composizione, lo stato di miscelazione e il grado di ionizzazione sono fattori determinanti per distinguere la struttura verticale negli strati dell'atmosfera.
La miscela di gas dovuta alla turbolenza è praticamente nulla e le sue componenti gassose si separano rapidamente per diffusione.
Nell'esosfera, la miscela di gas è limitata dal gradiente di temperatura. La miscela di gas dovuta alla turbolenza è praticamente nulla e le sue componenti gassose si separano rapidamente per diffusione. Oltre i 600 km di altitudine, i singoli atomi possono sfuggire all'attrazione gravitazionale della Terra.
L'esosfera contiene basse concentrazioni di gas leggeri come l'idrogeno e l'elio. Questi gas sono ampiamente dispersi in questo strato, con vuoti molto grandi tra di loro.
L'esosfera ha anche altri gas meno leggeri nella sua composizione, come azoto (N 2 ), ossigeno (O 2 ) e anidride carbonica (CO 2 ), ma questi si trovano vicino all'esobasi o baropausa (area dell'esosfera che limita con la termosfera o ionosfera).
Velocità di fuga molecolare dall'esosfera
Nell'esosfera le densità molecolari sono molto basse, cioè ci sono pochissime molecole per unità di volume e la maggior parte di questo volume è spazio vuoto.
Solo perché ci sono enormi spazi vuoti, gli atomi e le molecole possono percorrere grandi distanze senza scontrarsi tra loro. Le probabilità di collisioni tra le molecole sono molto piccole, praticamente nulle.
In assenza di collisioni, gli atomi di idrogeno (H) ed elio (He) più leggeri e più veloci possono raggiungere velocità tali da consentire loro di sfuggire al campo di attrazione gravitazionale del pianeta e di uscire dall'esosfera nello spazio interplanetario. .
La fuga nello spazio di atomi di idrogeno dall'esosfera (stimata in circa 25.000 tonnellate all'anno), ha sicuramente contribuito a importanti cambiamenti nella composizione chimica dell'atmosfera durante l'evoluzione geologica.
Il resto delle molecole nell'esosfera, a parte l'idrogeno e l'elio, hanno velocità medie basse e non raggiungono la loro velocità di fuga. Per queste molecole, la velocità di fuga nello spazio esterno è bassa e la fuga avviene molto lentamente.
Temperatura
Nell'esosfera, il concetto di temperatura come misura dell'energia interna di un sistema, cioè dell'energia del movimento molecolare, perde significato, poiché ci sono pochissime molecole e molto spazio vuoto.
Studi scientifici riportano temperature dell'esosfera estremamente elevate, in media dell'ordine di 1500 K (1773 ° C), che rimangono costanti con l'altezza.
Caratteristiche
L'esosfera fa parte della magnetosfera, poiché la magnetosfera si estende tra 500 km e 600.000 km dalla superficie della Terra.
La magnetosfera è l'area in cui il campo magnetico di un pianeta devia il vento solare, che è carico di particelle ad altissima energia, dannose per tutte le forme di vita conosciute.
In questo modo l'esosfera costituisce uno strato protettivo contro le particelle ad alta energia emesse dal Sole.
Riferimenti
- Brasseur, G. e Jacob, D. (2017). Modellazione della chimica atmosferica. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, JK (2003). L'ambiente solare-terrestre. Cambridge: Cambridge University Press.
- Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. et al. (2018). Spettroscopia VUV per esosfera esoplanetaria terrestre. European Planetary Science Congress 2018. EPSC Abstracts. Vol.12, EPSC2018-621.
- Ritchie, G. (2017). Chimica atmosferica. Oxford: World Scientific.
- Tinsley, BA, Hodges, RR e Rohrbaugh, RP (1986). Modelli Monte Carlo per l'esosfera terrestre su un ciclo solare. Journal of Geophysical Research: Space Physics Banner. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.