EXOSPHERE: ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN, CHỨC NĂNG VÀ NHIỆT ĐỘ - MÔI TRƯỜNG - 2026

Ngoại quyển là lớp ngoài cùng của khí quyển của một hành tinh hoặc vệ tinh, tạo thành giới hạn trên hoặc biên giới với không gian bên ngoài. Trên hành tinh Trái đất, lớp này kéo dài phía trên khí quyển (hay tầng điện ly), từ độ cao 500 km so với bề mặt trái đất.

Ngoại quyển trên mặt đất dày khoảng 10.000 km và được tạo thành từ các loại khí rất khác với khí tạo nên không khí mà chúng ta hít thở trên bề mặt Trái đất.

Hình 1. Các lớp của khí quyển Trái đất. Nguồn: Esteban1216, từ Wikimedia Commons Trong ngoại quyển, cả mật độ phân tử khí và áp suất đều nhỏ nhất, trong khi nhiệt độ cao và không đổi. Trong lớp này, các chất khí được phân tán, thoát ra ngoài không gian.

nét đặc trưng

Ngoại quyển tạo thành lớp chuyển tiếp giữa khí quyển Trái đất và không gian liên hành tinh. Nó có các đặc điểm vật lý và hóa học rất thú vị, và nó đáp ứng các chức năng quan trọng là bảo vệ hành tinh Trái đất.

Hành vi

Đặc điểm chính xác định của ngoại quyển là nó không hoạt động như một chất lỏng thể khí, giống như các lớp bên trong của khí quyển. Các hạt tạo nên nó liên tục thoát ra ngoài không gian.

Hành vi của ngoại quyển là kết quả của một tập hợp các phân tử hoặc nguyên tử riêng lẻ, chúng tuân theo quỹ đạo riêng của chúng trong trường hấp dẫn của Trái đất.

Thuộc tính của khí quyển

Các thuộc tính xác định khí quyển là: áp suất (P), mật độ hoặc nồng độ của các khí cấu thành (số phân tử / V, trong đó V là thể tích), thành phần và nhiệt độ (T). Trong mỗi lớp của khí quyển, bốn đặc tính này khác nhau.

Các biến này không hoạt động độc lập, nhưng có liên quan với nhau theo luật khí:

P = dRT, trong đó d = số phân tử / V và R là hằng số khí.

Định luật này chỉ được thực hiện nếu có đủ va chạm giữa các phân tử tạo thành khí.

Trong các lớp thấp hơn của khí quyển (tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu và khí quyển), hỗn hợp các khí tạo nên nó có thể được coi như một chất khí hoặc chất lỏng có thể nén được, mà nhiệt độ, áp suất và mật độ của chúng có liên quan thông qua quy luật các chất khí.

Bằng cách tăng độ cao hoặc khoảng cách từ bề mặt trái đất, áp suất và tần số va chạm giữa các phân tử khí giảm đi đáng kể.

Ở độ cao 600 km và trên mức này, bầu khí quyển phải được xem xét theo một cách khác, vì nó không còn hoạt động giống như một chất khí hoặc một chất lỏng đồng nhất.

Trạng thái vật lý của ngoại quyển: plasma

Trạng thái vật lý của ngoại quyển là của plasma, được định nghĩa là trạng thái tập hợp thứ tư hoặc trạng thái vật chất của vật chất.

Plasma là một trạng thái lỏng, trong đó thực tế tất cả các nguyên tử đều ở dạng ion, tức là tất cả các hạt đều có điện tích và có mặt các electron tự do, không liên kết với bất kỳ phân tử hay nguyên tử nào. Nó có thể được định nghĩa là một môi trường chất lỏng của các hạt mang điện tích dương và âm, trung hòa về điện.

Plasma thể hiện các hiệu ứng phân tử tập thể quan trọng, chẳng hạn như phản ứng của nó với từ trường, hình thành các cấu trúc như tia, sợi và lớp kép. Trạng thái vật lý của plasma, như một hỗn hợp ở dạng huyền phù của các ion và electron, có đặc tính là chất dẫn điện tốt.

Nó là trạng thái vật chất phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo thành các plasmas liên hành tinh, giữa các vì sao và giữa các thiên hà.

Hình 2. Bầu khí quyển của Trái đất, trên nền là mặt trăng. Nguồn: NASA, qua Wikimedia Commons

Thành phần hóa học

Thành phần của khí quyển thay đổi theo độ cao hoặc khoảng cách từ bề mặt Trái đất. Thành phần, trạng thái trộn lẫn và mức độ ion hóa là những yếu tố quyết định để phân biệt cấu trúc thẳng đứng trong các lớp của khí quyển.

Hỗn hợp khí do nhiễu loạn thực tế là không, và các thành phần khí của nó nhanh chóng tách ra bằng cách khuếch tán.

Trong ngoại quyển, hỗn hợp khí bị hạn chế bởi gradient nhiệt độ. Hỗn hợp khí do nhiễu loạn thực tế là không, và các thành phần khí của nó nhanh chóng tách ra bằng cách khuếch tán. Trên độ cao 600 km, các nguyên tử riêng lẻ có thể thoát ra khỏi lực hút của Trái đất.

Ngoại quyển chứa nồng độ thấp của các khí nhẹ như hydro và heli. Các khí này được phân tán rộng rãi trong lớp này, với các khoảng trống rất lớn giữa chúng.

Ngoại quyển cũng có các khí khác ít ánh sáng hơn trong thành phần của nó, chẳng hạn như nitơ (N ₂ ), oxy (O ₂ ) và carbon dioxide (CO ₂ ), nhưng chúng nằm gần exobase hoặc baropause (khu vực ngoại quyển giới hạn với nhiệt quyển hoặc tầng điện ly).

Vận tốc thoát phân tử từ ngoại quyển

Trong ngoại quyển, mật độ phân tử rất thấp, tức là có rất ít phân tử trên một đơn vị thể tích, và phần lớn thể tích này là không gian trống.

Chỉ vì có những khoảng trống khổng lồ, các nguyên tử và phân tử có thể di chuyển với khoảng cách rất xa mà không va chạm với nhau. Xác suất va chạm giữa các phân tử là rất nhỏ, thực tế là không.

Trong trường hợp không có va chạm, các nguyên tử hydro (H) và helium (He) nhẹ hơn và nhanh hơn có thể đạt tới tốc độ để cho phép chúng thoát khỏi trường hấp dẫn của hành tinh và ra khỏi ngoại quyển vào không gian liên hành tinh. .

Sự thoát ra ngoài vũ trụ của các nguyên tử hydro từ ngoại quyển (ước tính khoảng 25.000 tấn mỗi năm), chắc chắn đã góp phần vào những thay đổi lớn trong thành phần hóa học của khí quyển trong suốt quá trình tiến hóa địa chất.

Phần còn lại của các phân tử trong ngoại quyển, ngoài hydro và heli, có vận tốc trung bình thấp và không đạt vận tốc thoát của chúng. Đối với những phân tử này, tốc độ thoát ra ngoài không gian thấp và sự thoát ra ngoài diễn ra rất chậm.

Nhiệt độ

Trong ngoại quyển, khái niệm nhiệt độ là thước đo nội năng của một hệ, tức là năng lượng của chuyển động phân tử, không còn ý nghĩa, vì có rất ít phân tử và rất nhiều không gian trống.

Các nghiên cứu khoa học báo cáo nhiệt độ ngoại quyển cực cao, trung bình là 1500 K (1773 ° C), không đổi theo độ cao.

Đặc trưng

Ngoại quyển là một phần của từ quyển, vì từ quyển kéo dài từ 500 km đến 600.000 km từ bề mặt Trái đất.

Từ quyển là khu vực mà từ trường của một hành tinh làm lệch hướng gió mặt trời, nơi chứa các hạt năng lượng rất cao, có hại cho tất cả các dạng sống đã biết.

Đây là cách ngoại quyển tạo thành một lớp bảo vệ chống lại các hạt năng lượng cao do Mặt trời phát ra.

Người giới thiệu

1. Brasseur, G. và Jacob, D. (2017). Mô hình hóa khí quyển. Cambridge: Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
2. Hargreaves, JK (2003). Môi trường mặt trời trên mặt đất. Cambridge: Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
3. Kameda, S., Tavrov, A., Osada, N., Murakami, G., Keigo, K. và cộng sự. (2018). Quang phổ VUV cho ngoại quyển ngoại hành tinh trên cạn. Đại hội Khoa học Hành tinh Châu Âu 2018. EPSC Abstracts. Tập 12, EPSC2018-621.
4. Ritchie, G. (2017). Hóa học khí quyển. Oxford: Khoa học Thế giới.
5. Tinsley, BA, Hodges, RR và Rohrbaugh, RP (1986). Monte Carlo mô hình cho ngoại quyển trên mặt đất trong một chu kỳ mặt trời. Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Banner Vật lý Không gian. 91 (A12): 13631-13647. doi: 10.1029 / JA091iA12p13631.