Мобилизация веществ в экзосфера

 

Содержание

 

Введение

1. Теоретические основы экзосферы  и ее основные характеристики

1.1. Экзосфера как составляющая  атмосферы

1.2. Понятие и общая характеристика  экзосферы

2. Мобилизация веществ в экзосфера

2.1. Общая характеристика веществ  в экзосфере

2.2. Потери планетами веществ из экзосферы

2.3. Вещества в экзосфере Меркурия

Заключение

Список литературы

 

Введение

 

Экзосфера (от др.-греч. «снаружи», «вне» и σφαιρα – «сфера») представляет собой самую внешнюю часть верхней атмосферы планет. Экзосфера обладает низкой концентрацией нейтральных атомов с концентрацией частиц n0 < 107см−3. Экзосфера имеет нижнюю границу экзобазу, которая определяется из соотношения равенства длины свободного пробега высоте однородной атмосферы. Крупицы экзосферы ведут свое движение преимущественно по баллистическим траекториям, благодаря этому при наличии у них второй космической скорости у них имеется высока вероятность покинуть планету избежав столкновения.

Экзосфера представляет собой сферу рассеяния, наиболее отдаленную от Земли (от 800 до 1600 км от ее поверхности) оболочка атмосферы, где еще находятся атмосферные газы и откуда проистекает утечка атомов водорода и гелия в пространство космоса. На верхней границе экзосферы совершается плавный переход в межпланетное пространство. В экзосфере расположены радиационные пояса Земли.  

Молекулы и атомы в экзосфере вращаются вокруг Земли по баллистическим орбитам. Протяжённую экзосферу планеты нередко именуют короной, поскольку она состоит из атомов водорода, «улетучивающихся» из верхней атмосферы.

О экзосфере написано очень мало в научной литературе, практически нет публикаций по данной проблеме ни в солидных монографиях, ни учебниках, многие аспекты экзосферы даже не обозначаются. В результате проблема исследования экзосферы оказывается представленной в ущербном виде. По данной причине до сих пор проблема экзосферы остается загадочной и во многом неясной. Поэтому она, как и любое малоисследованное явление вызывает повышенный интерес.

Не претендуя на полное и законченное раскрытие темы экзосферы и мобилизируемых в ней веществ, я постарался дать панорамное и систематическое освещение данной проблемы.

Исходя из этого, была выбрана тема курсовой работы "Мобилизация веществ в экзосфере". Вышесказанное говорит о том, что тема работы курсовой актуальна и своевременна.

Объектом курсовой работы является мобилизация веществ в экзосфере. Предметом – особенности мобилизации веществ в экзосфере.   
 Цель курсовой работы исследовать экзосферу и мобилизацию веществ в ней.   
 Цель работы находит выражение в поставленных задачах:   
 1. Рассмотреть теоретические основы экзосферы и ее основные характеристики.   
 2. Обозначить экзосферу как составляющую атмосферы.    
 3. Показать понятие и общую характеристику экзосферы.   
 4. Представить мобилизацию веществ в экзосфера.

5. Изучить общую характеристику веществ в экзосфере.

6. Определить потери планетами веществ из экзосферы.

7. Исследовать вещества в экзосфере  Меркурия.

Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.

 

1. Теоретические основы экзосферы и ее основные характеристики

1.1. Экзосфера как составляющая атмосферы

 

Чтобы понять, что такое экзосфера вначале следует рассмотреть понятие «атмосферы», чьей составляющей и является экзосфера. Атмосфера это газовая оболочка, опоясывающая небесное тело. Характеристики атмосферы находятся в зависти от масштаба, веса, температуры, быстроты обращения и химической формулы небесного тела, а также предопределены историей его развития инициируя с времени зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, нарекаемой воздухом. Ее основополагающие элементы это азот и кислород в балансе примерно 4:1.

Наука, постигающая атмосферу, получила название метеорологией, хотя предметом настоящею науки обнаруживаются также погода и ее воздействие на человека. Состояние верхних слоев атмосферы, размещенных на высотах от 60 до 300 и даже 1000 км от поверхности Земли, также видоизменяется. Здесь развиваются сильные ветры, штормы и обнаруживаются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Многие из перечисленных феноменов объединены с потоками солнечной радиации, космическим излучением и магнитным полем Земли.

Высокие слои атмосферы – своего рода химическая лаборатория, поскольку в условиях, близких к вакууму, отдельные атмосферные газы под воздействием мощного потока солнечной энергии вступают в химические реакции. Наука, постигающая эти взаимосвязанные явления и процессы, получило название физикой высоких слоев атмосферы.

Рассмотрим теперь, размеры атмосферы. Потоки энергии из глубоких слоев Солнца проникают в космическое пространство далеко за орбиту Земли, вплоть до внешних пределов Солнечной системы. Данный солнечный ветер обтекает магнитное поле Земли, вырабатывая продленную «полость», изнутри коей и сконцентрирована земная атмосфера. Магнитное поле Земли заметно сужено с направленной к Солнцу дневной стороны и образует длинный язык, вероятно выходящий за пределы орбиты Луны, – с противоположной, ночной стороны. Черта магнитного поля Земли получила название магнитопаузы. С дневной стороны этот рубеж проходит на дистанции около семи земных радиусов от поверхности, но в периоды увеличенной солнечной активности оказывается еще ближе к поверхности Земли.

Магнитопауза является границей земной атмосферы, внешняя оболочка которой именуется также магнитосферой, так как в ней сконцентрированы заряженные частицы (ионы), общее направление которых обусловлено магнитным полем Земли. Общий вес газов атмосферы составляет приблизительно 4,5 1015 т. Таким образом, «вес» атмосферы, приходящийся на единицу площади, или атмосферное давление, составляет на уровне моря примерно 11 т/м2.

Из сказанного выше следует, что Землю от межпланетного пространства отгораживает сильный защитный слой. Космическое пространство пронизано сильным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца и еще более агрессивным космическим излучением, и эти виды радиации губительны для всего живого. На наружной границе атмосферы интенсивность излучения смертоносна, но существенная его доля придерживается атмосферой вдалеке от поверхности Земли.

 Самый нижний, приземной слой  атмосферы в особенности значителен для человека, который обитает в месте контакта твердой, жидкой и газообразной оболочек Земли. Верхняя оболочка «твердой» Земли называется литосферой. Около 72% поверхности Земли покрыто водами океанов, составляющими бльшую часть гидросферы. Атмосфера граничит как с литосферой, так и с гидросферой. Человек живет на дне воздушного океана и неподалеку или выше уровня океана водного. Взаимодействие этих океанов обнаруживается одним из важных факторов, устанавливающих состояние атмосферы.

Состав атмосферы. Нижние слои атмосферы состоят из смеси газов. Кроме приведенных в таблице, в виде небольших примесей в воздухе присутствуют и другие газы: озон, метан, такие вещества, как оксид углерода (СО), оксиды азота и серы, аммиак.

В высоких слоях атмосферы состав воздуха меняется под воздействием жесткого излучения Солнца, которое приводит к распаду молекул кислорода на атомы. Атомарный кислород является основным компонентом высоких слоев атмосферы. В наиболее удаленных от поверхности Земли слоях атмосферы главными компонентами становятся самые легкие газы – водород и гелий. Поскольку основная масса вещества сосредоточена в нижних 30 км, то изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы.

Энергообмен. Солнце прибывает основополагающим источником энергии, идущей на Землю. Находясь на расстоянии ок. 150 млн. км от Солнца, Земля обретает одну двухмиллиардную часть излучаемой им энергии, главным образом в видимой части спектра, которую называют светом. Большая часть данной энергии впитывается атмосферой и литосферой. Земля тоже излучает энергию, в главном в виде длинноволновой инфракрасной радиации. Таким образом, воцаряется равновесие между получаемой от Солнца энергией, нагреванием Земли и атмосферы и обратным потоком тепловой энергии, излучаемой в пространство.

Пыль и молекулы газов рассеивают свет, частично отражая его в мировое пространство. Еще большую часть приходящей радиации отражают облака. Часть энергии поглощается непосредственно молекулами газов, но в основном – горными породами, растительностью и поверхностными водами. Водяной пар и углекислый газ, наличествующие в атмосфере, пропускают видимое излучение, но поглощают инфракрасное. Тепловая энергия накапливается главным образом в нижних слоях атмосферы. Аналогичный эффект возникает в теплице, когда стекло пропускает свет внутрь и почва нагревается. Так как стекло сравнительно непрозрачно для инфракрасной радиации, в парнике аккумулируется тепло. Нагрев нижних слоев атмосферы за счет существования водяного пара и углекислого газа называют парниковым эффектом.

Существенную роль в сохранении тепла в нижних слоях атмосферы играет облачность. Если облака рассеиваются или возрастает прозрачность воздушных масс, температура неизбежно понижается по мере того, как поверхность Земли свободно испускает тепловую энергию в опоясывающее пространство. Вода с поверхности Земли, поглощает солнечную энергию и испаряется, превращаясь в газ – водяной пар, который выносит огромное количество энергии в нижние слои атмосферы.

 Таким образом, вследствие парникового  эффекта и испарения воды атмосфера  прогревается снизу. Этим отчасти  объясняется высокая активность  ее циркуляции по сравнению  с циркуляцией Мирового океана, который прогревается только сверху и потому значительно стабильнее атмосферы.

 Помимо общего нагревания  атмосферы солнечным «светом», значительное  прогревание некоторых ее слоев  происходит за счет ультрафиолетового  и рентгеновского излучения Солнца.

Строение атмосферы. В сравнении с жидкостями и твердыми телами, в газообразных веществах сила притяжения между молекулами минимальна. По мере увеличения расстояния между молекулами газы способны расширяться беспредельно, если им ничто не препятствует. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли. Данный барьер непроницаем, так как газообмен происходит между воздухом и водой и даже между воздухом и горными породами, но в данном случае этими факторами можно пренебречь.

Так как атмосфера является сферической оболочкой, у нее нет боковых границ, а имеются только нижняя граница и верхняя (внешняя) граница, открытая со стороны межпланетного пространства. Через внешнюю границу происходит утечка некоторых нейтральных газов, поступление вещества из окружающего космического пространства. Большая часть заряженных частиц, за исключением космических лучей, обладающих высокой энергией, либо захватывается магнитосферой, либо отталкивается ею.

На атмосферу действует сила земного притяжения, которая удерживает воздушную оболочку у поверхности Земли. Атмосферные газы сдавливаются под действием собственного веса. Это сжатие предельно у нижней границы атмосферы, поэтому и плотность воздуха здесь наибольшая. На любой высоте над земной поверхностью давление воздуха равно весу вышележащего столба атмосферы, приходящемуся на единицу площади.

В отличие от атмосферного давления температура с высотой не понижается непрерывно. Это происходит при поглощении солнечной ультрафиолетовой радиации кислородом. При этом образуется газ озон, молекулы которого состоят из трех атомов кислорода (О3). Он тоже поглощает ультрафиолетовое излучение, и поэтому этот слой атмосферы, называемый озоносферой, нагревается.

Выше температура вновь понижается, так как там гораздо меньше молекул газа, и соответственно сокращается поглощение энергии. В еще более высоких слоях температура снова увеличивается вследствие поглощения атмосферой максимально коротковолнового ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца. Под воздействием этого мощного излучения происходит ионизация атмосферы, т.е. молекула газа теряет электрон и приобретает положительный электрический заряд. Такие молекулы делаются позитивно заряженными ионами. Благодаря существованию свободных электронов и ионов этот слой атмосферы приобретает свойства электропроводника.

Температура повышаться до высот, где разреженная атмосфера переходит в межпланетное пространство. На расстоянии нескольких тысяч километров от поверхности Земли преобладают температуры от 5000 до 10 000 С. Молекулы и атомы имеют высокие скорости движения и высокую температуру, этот разреженный газ не является «горячим» в привычном смысле. Из-за мизерного количества молекул на больших высотах их суммарная тепловая энергия весьма невелика.

Таким образом, атмосфера состоит из отдельных слоев (т.е. серии концентрических оболочек, или сфер), выделение которых зависит от того, какое свойство представляет наибольший интерес.

 

1.2. Понятие и общая характеристика экзосферы

 

Экзосфера это самая внешняя часть верхней атмосферы Земли и планет с низкой концентрацией нейтральных атомов (концентрация частиц n0<107см−3). Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы. Протяжённую экзосферу планеты часто называют короной; она состоит из атомов водорода, «улетучивающихся» из верхней атмосферы

Экзосфера представляет собой сферу рассеяния, внешний, наиболее разрежённый слой атмосферы, где длины свободного пробега частиц так велики, что частицы могут диссипировать (рассеиваться) в межпланетное пространство. Нижняя граница экзосферы — экзобаза — определяется из соотношения равенства длины