La exosfera ( griego antiguo : ἔξω éxō "afuera, externo, más allá", griego antiguo : σφαῖρα sphaĩra "esfera") es un volumen delgado, parecido a una atmósfera, que rodea un planeta o satélite natural donde las moléculas están unidas gravitacionalmente a ese cuerpo, pero donde la densidad es tan baja que las moléculas son esencialmente libres de colisiones. [1] En el caso de cuerpos con atmósferas sustanciales, como la atmósfera de la Tierra , la exosfera es la capa superior, donde la atmósfera se adelgaza y se fusiona con el espacio exterior . Se encuentra directamente encima deltermosfera . Se sabe muy poco al respecto debido a la falta de investigación. Mercurio , la Luna y tres satélites galileanos de Júpiter tienen exosferas de límite de superficie, que son exosferas sin una atmósfera más densa debajo. La exosfera de la Tierra es principalmente hidrógeno y helio , con algunos átomos y moléculas más pesados cerca de la base. [ cita requerida ]
Exosfera límite de superficie
Mercurio y varios satélites naturales grandes, como la Luna y tres satélites galileanos de Júpiter (todos excepto Io ), tienen exosferas sin una atmósfera más densa debajo, [2] conocida como exosfera de límite superficial . [3] Aquí, las moléculas son expulsadas en trayectorias elípticas hasta que chocan con la superficie. Los cuerpos más pequeños, como los asteroides, en los que las moléculas emitidas desde la superficie escapan al espacio, no se consideran exosferas.
Exosfera de la tierra
Las moléculas más comunes dentro de la exosfera de la Tierra son las de los gases atmosféricos más ligeros. El hidrógeno está presente en toda la exosfera, con algo de helio , dióxido de carbono y oxígeno atómico cerca de su base. Debido a que puede ser difícil definir el límite entre la exosfera y el espacio exterior (ver "Límite superior" al final de esta sección), la exosfera puede considerarse parte del medio interplanetario o del espacio exterior .
Límite inferior
El límite inferior de la exosfera se llama exobase . También se denomina "altitud crítica", ya que es la altitud en la que ya no se aplican las condiciones barométricas . La temperatura atmosférica se vuelve casi constante por encima de esta altitud. [4] En la Tierra, la altitud de la exobase varía entre 500 y 1000 kilómetros (310 a 620 millas ) dependiendo de la actividad solar. [5]
La exobase se puede definir de dos formas:
Si definimos la exobase como la altura a la que las moléculas que viajan hacia arriba experimentan una colisión en promedio, entonces, en esta posición, la trayectoria libre media de una molécula es igual a una altura de escala de presión . Esto se muestra a continuación. Considere un volumen de aire, con área horizontal y altura igual al camino libre medio , a presión y temperatura . Para un gas ideal , el número de moléculas que contiene es:
dónde es la constante universal de los gases . A partir del requisito de que cada molécula que viaja hacia arriba sufra en promedio una colisión, la presión es:
dónde es la masa molecular media del gas. Resolver estas dos ecuaciones da:
que es la ecuación para la altura de la escala de presión. Como la altura de la escala de presión es casi igual a la altura de la escala de densidad del constituyente primario, y debido a que el número de Knudsen es la relación entre el camino libre medio y la escala de fluctuación de densidad típica, esto significa que la exobase se encuentra en la región donde.
La fluctuación en la altura de la exobase es importante porque proporciona resistencia atmosférica a los satélites, lo que eventualmente hace que caigan de la órbita si no se toman medidas para mantener la órbita.
Límite superior de la Tierra
En principio, la exosfera cubre distancias donde las partículas aún están unidas gravitacionalmente a la Tierra , es decir, las partículas aún tienen órbitas balísticas que las llevarán de regreso hacia la Tierra. El límite superior de la exosfera se puede definir como la distancia a la que la influencia de la presión de la radiación solar sobre el hidrógeno atómico excede la de la atracción gravitacional de la Tierra. Esto sucede a la mitad de la distancia a la Luna [la distancia promedio entre la Tierra y la Luna es de 384,400 kilómetros (238,900 mi)]. Se ve que la exosfera, observable desde el espacio como la geocorona , se extiende hasta al menos 10.000 kilómetros (6.200 millas) de la superficie de la Tierra.
Exosfera de la luna
El 17 de agosto de 2015, basándose en estudios con la nave espacial Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), los científicos de la NASA informaron de la detección de neón en la exosfera de la luna . [1]
Referencias
- ↑ a b Steigerwald, William (17 de agosto de 2015). "Nave espacial LADEE de la NASA encuentra neón en la atmósfera lunar" . NASA . Consultado el 18 de agosto de 2015 .
- ^ Day, Brian (20 de agosto de 2013). "Por qué importa LADEE" . Centro de Investigación Ames de la NASA . Consultado el 19 de abril de 2015 .
- ^ "¿Hay una atmósfera en la Luna?" . NASA. 30 de enero de 2014 . Consultado el 4 de agosto de 2016 .
- ^ Bauer, Siegfried; Lammer, Helmut. Aeronomía planetaria: entornos atmosféricos en sistemas planetarios , Springer Publishing , 2004.
- ^ "Exosfera - descripción general" . UCAR. 2011. Archivado desde el original el 17 de mayo de 2017 . Consultado el 19 de abril de 2015 .
enlaces externos
- Gerd W. Prolss: Física del entorno espacial de la Tierra: Introducción . ISBN 3-540-21426-7