Exosfera

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La exosfera o exósfera (griego antiguo: ἔξω éxō "afuera, externo, más allá", griego antiguo: σφαῖρα sphaĩra "esfera") es un volumen delgado similar 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 esencialmente no tienen colisiones.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 de la termosfera. Se sabe muy poco al respecto debido a la falta de investigación. Mercurio, la Luna, Europa y Ganímedes tienen exosferas límite superficiales, que son exosferas sin una atmósfera más densa debajo. La exosfera de la Tierra está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con algunos átomos y moléculas más pesados cerca de la base.

Exósfera límite superficial

Mercurio y varios satélites naturales grandes, como la Luna, Europa y Ganímedes, tienen exosferas sin una atmósfera más densa debajo, denominada exosfera límite superficial. 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 considera que tengan 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 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. En la Tierra, la altitud de la exobase oscila entre 500 y 1000 kilómetros (310 a 620 millas), según la actividad solar.

La exobase se puede definir de dos maneras:

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 el camino libre medio de una molécula es igual a la altura de una escala de presión. Esto se muestra a continuación. Considere un volumen de aire, con área horizontal $UN$ y altura igual al camino libre medio $yo$ , a presión $pag$ y temperatura $T$ . Para un gas ideal, el número de moléculas contenidas en él es: $n={frac{pAl}{RT}}$

donde $R$ es la constante universal de los gases. Del requisito de que cada molécula que viaja hacia arriba sufra en promedio una colisión, la presión es: $p={frac{m_{{A}}ng}{A}}$

donde $mamá}}$ es la masa molecular media del gas. Resolviendo estas dos ecuaciones se obtiene: $l={frac{RT}{m_{{A}}g}}$

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 ${mathrm {Kn}}(h_{{EB}})simeq 1$ .

La fluctuación en la altura de la exobase es importante porque proporciona un arrastre atmosférico en los satélites, lo que finalmente hace que se caigan de la órbita si no se toman medidas para mantener la órbita.

Límite superior de la Tierra

En principio, la exosfera cubre distancias en las que las partículas aún están unidas gravitacionalmente a la Tierra, es decir, las partículas aún tienen órbitas balísticas que las llevarán de regreso a 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 supera la del tirón gravitacional de la Tierra. Esto sucede a la mitad de la distancia a la Luna o en algún lugar cercano a los 200.000 kilómetros (120.000 millas). Se ve que la exosfera, observable desde el espacio como la geocorona, se extiende hasta al menos 10.000 kilómetros (6.200 millas) desde la superficie de la Tierra.

Exosfera de otros cuerpos celestes

Si la atmósfera de un cuerpo celeste es muy tenue, como la atmósfera de la Luna o la de Mercurio, toda la atmósfera se considera exosfera.

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