Атмосфера

Источник: druzhniy-center.ru

Источник:kosmosgid.ru

Источник:geoglobus.ru

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5e7211a6f19e82482c4d68e3/chto-proishodit-v-pogranichnom-sloe-atmosfery-5ece53aeaa9a620e538bfa6d

🔵 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 метров.

🔷 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 минус 56,5 до +0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии).

В стратосфере располагается озоновый слой, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения.

🔷 Стратопауза

Достигнув на высоте около 40 км значения около 0 °C, температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза - пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. Стратопауза до высоты около 55 км является областью постоянной температуры 0°C.

🔵 Мезосфера

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км.

Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м.

Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул, обусловливают свечение атмосферы.

При минимальной температуре около -100 °C мезосфера является самым холодным слоем атмосферы. Водяной пар может там замерзать, образуя особые облака, серебристые облака с переливающимся видом. В конечном итоге мезосфера малоизвестна ученым, потому что она находится посередине, что затрудняет ее изучение. Обычные самолеты не могут проводить в ней измерения, потому что не могут до нее добраться. И наоборот, она слишком низка для размещения искусственного спутника. Таким образом, данные по этому атмосферному слою могут давать только зондирующие ракеты.

🔷 Мезопауза

Мезопауза - переходный слой между мезосферой и термосферой.

На этой высоте наблюдаются Серебристые облака - светлые прозрачные облака, появляющиеся иногда в верхней части мезосферы на высотах 70—90 км. По структуре Серебристые облака напоминают лёгкие перистые Облака. Представляют собой скопления частиц размером 10-4—10-5 см, рассеивающих солнечный свет.

Такими частицами могут быть ледяные кристаллы, образовавшиеся при конденсации водяного пара, занесённого снизу на большие высоты, вулканическая и космическая (метеорная) пыль. Возможно, что именно на частицах этой пыли и происходит образование ледяных кристаллов.

Наблюдаются Серебристые облака в Северном полушарии на широтах 45—70°, в Южном — на широтах 40—65° только в тёплое время года; в Северном полушарии — с мая по август с максимумом в июле. Число регистраций при наблюдениях из одного пункта до 20—30 случаев в год. Время существования Серебристых облаков — от нескольких минут до нескольких часов. По внешнему виду различают четыре основных типа: флёр, полосы, гребешки, вихри.

🔵 Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Линия Ка́рмана — высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом и является верхней границей государств.

В соответствии с определением Международной авиационной федерации (ФАИ), линия Кармана находится на высоте 100 километров над уровнем моря.

Название высота получила по имени американского учёного венгерского происхождения Теодора фон Кармана. Он первый определил, что примерно на этой высоте атмосфера становится настолько разрежённой, что аэродинамическая авиация становится невозможной, так как скорость летательного аппарата, необходимая для создания достаточной подъёмной силы, становится больше первой космической скорости, и поэтому для достижения бо́льших высот необходимо пользоваться средствами космонавтики.

Однако в самих США границей космоса считается высота примерно в 80 км, где давление на крыло летательного аппарата составляет 1 фунт на 1 квадратный фут управляющих поверхностей (47,88 Па) и часто возникает разночтение в понятиях суборбитального и орбитального полётов.

Высота в 100 км с большим запасом даёт простор для развития и авиации, и космонавтики. Сегодня самые быстрые самолёты имеют практический потолок в пределах 25 км, самые лёгкие и большие аэростаты (метеозонды) редко пересекают границу в 50 км. С другой стороны, космические спутники на высоте 100 км уже начинают вход в атмосферу и разрушаются. Обычно высота начала последнего витка не ниже 120—150 км.

Атмосфера Земли продолжается и за линией Кармана. Внешняя часть земной атмосферы, экзосфера, простирается до высоты 10 тыс. км и более, на такой высоте атмосфера состоит в основном из атомов водорода, способных покидать атмосферу.

Первым в истории искусственным объектом, пересёкшим линию Кармана, стала баллистическая ракета «Фау-2 (А-4)» в 1944 году, достигшая высоты 188 км во время суборбитального космического полёта в Пенемюнде.

Первыми живыми существами, преодолевшими линию Кармана и вернувшимися на Землю живыми, стали мухи-дрозофилы, отправленные Соединёнными Штатами Америки на ракете Фау-2 20 февраля 1947 года. Первым млекопитающим, преодолевшим линию Кармана, был макак-резус Альберт-2, отправленный США 14 июня 1949 года. При посадке животное погибло из-за нераскрывшегося парашюта. Первыми млекопитающими, преодолевшими линию Кармана и вернувшимися на Землю живыми, были собаки Дезик и Цыган, запущенные в СССР 22 июля 1951 года с полигона Капустин Яр в Астраханской области в рамках проекта ВР-190 на высоту около 100—110 км. Люди до Ю.А.Гагарина линию Кармана не пересекали.

Достижение линии Кармана являлось первым условием для получения приза Ansari X Prize, так как это является основанием для признания полёта космическим.

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Линия_Кармана

---

🔵 Термосфера

Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80—90 км и простирается до 700 км. Выше этого слоя располагается внешняя часть атмосферы — экзосфера.

Температура воздуха в термосфере 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.

🔷 Полёты в термосфере

Из-за крайней разреженности воздуха полёты 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 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 разрежённости 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.

🔵 Экзосфера

Экзосфера (от др.-греч. ἐξω «снаружи, вне» + σφαῖρα «шар; сфера») — внешняя часть верхней атмосферы Земли и других планет. Нижняя граница экзосферы — экзобаза — определяется по равенству длины свободного пробега атомов высоте однородной атмосферы. Частицы экзосферы двигаются в основном по баллистическим траекториям, поэтому при наличии у них второй космической скорости достаточно высока вероятность покинуть планету без столкновений. Концентрация нейтральных атомов в экзосфере меньше 107 частиц/см3.

Если атмосфера небесного тела крайне разрежена, как у Меркурия и у Луны, она вся является экзосферой.

Экзосфера Земли состоит из ионизированного газа (плазмы); у её основания отношение концентраций заряженных и нейтральных частиц близко к 1, в верхней части экзосферы газ почти полностью ионизирован. Нижняя и средняя части экзосферы в основном состоят из атомов О и N, с увеличением же высоты быстро растёт относительная концентрация лёгких газов, особенно ионизированного водорода. Газокинетическая температура составляет 1500—3000 К, она слабо растёт с высотой. Рост солнечной активности приводит к потеплению экзосферы и к увеличению её толщины.

🔷 Строение экзосферы

Экзосфера Земли начинается на высоте 500—1000 км в зависимости от солнечной активности: при высокой активности увеличивается толщина термосферы и, соответственно, растёт пороговая высота экзосферы. Верхнюю границу экзосферы можно определить как высоту, где давление солнечного излучения действует на атомы водорода с большей силой, чем земное притяжение. Эта высота примерно равна 190 000 км — половине расстояния до Луны.

Протяжённую экзосферу планеты часто называют короной; она состоит из атомов водорода, «улетучивающихся» из верхней атмосферы.

Для сравнения. Корона Земли (геокорона) распространяется вплоть до высот порядка 630 тыс. км (при этом среднее расстояние от Земли до Луны составляет около 384 тыс. км), корона Венеры распространяется до высот порядка 200 тыс. км.