de thermosfeer en de exosfeer zijn de buitenste schillen van de atmosfeer van de aarde, waarin kunstmatige satellieten en andere ruimtevaartuigen zoals het Internationaal ruimtestation (ISS) banen volgen.
dit deel van de atmosfeer is de natuurlijke omgeving voor astronauten en kosmonauten, wanneer zij een ruimtewandeling uitvoeren om ruimtestations te bouwen of te repareren en satellieten op te halen of te herstellen.,
aerodynamica en levensduur van ruimtevaartuigen
de analyse van de variaties in de banen van kunstmatige satellieten heeft overigens een eerste belangrijke bijdrage geleverd aan de studie van de fysische structuur van deze atmosferische laag. Een grondige kennis van het buitenste deel van de atmosfeer, dat wil zeggen van de thermosfeer en de exosfeer, is op zich belangrijk als fundamenteel onderzoek en maakt deel uit van een wereldwijde studie van het milieu op aarde.,E gebied van geodesie, navigatie, teledetectie en meteorologie die kennis ook onmisbaar is gebleken voor:
- bepalen van de aërodynamische kenmerken van ruimtevaartuigen
- beoordelen van de duur gedurende welke ruimtevaartuigen actief kunnen zijn in een baan rond de aarde
- kies de meest geschikte satellietbanen
wanneer wetenschappers bijvoorbeeld langetermijnwaarnemingen van de aarde met hoge resolutie willen maken, kiezen ze een cirkelbaan die niet gevoelig is voor alle de mogelijke storingen die de baan aanzienlijk veranderen, waardoor de satellieten te vroeg terugkeren.,
de exosfeer: het bovenste deel van de atmosfeer
de dichtheid van de atmosfeer neemt voortdurend af met de hoogte, zodat botsingen tussen atomen vanaf een bepaald niveau zeer zeldzaam worden. Het gemiddelde vrije pad, gedefinieerd als de gemiddelde afstand die door een atmosferisch deeltje wordt afgelegd tussen twee botsingen, is ongeveer 100 km op 500 km hoogte vergeleken met een waarde van een tiende van een micron op grondniveau!
de exosfeer wordt gedefinieerd als het atmosferische gebied waar het aantal botsingen tussen deeltjes verwaarloosbaar is.,
de atomen volgen verschillende soorten vrije-ruimtetrajecten en sommige kunnen ontsnappen uit de aardse atmosfeer. De kinetische temperatuur verliest zijn gewone betekenis en de hydrostatische wet is niet meer geldig. Het kritische niveau dat overeenkomt met de basis van de exosfeer wordt “exobase” genoemd en ligt tussen 350 en 800 km, afhankelijk van de temperatuur bij de thermopauze.
Helium en waterstof zijn de belangrijkste exosferische bestanddelen. De waterstofatomen vormen de corona van de atmosfeer die zich uitstrekt tot een hoogte van 50.000 km.,
de thermosfeer: een deel van de heterosfeer
100 km hoogte
De heterosfeer is het atmosferische gebied waar de samenstelling niet homogeen is. De overgang met de homosfeer bevindt zich gemiddeld op ongeveer 100 km hoogte waar turbulente vermenging niet meer voldoende is om de lucht homogeen te houden. Moleculaire diffusie wordt het belangrijkste fenomeen.,
De getallendichtheid van elk atmosferisch bestanddeel neemt af met de hoogte met een snelheid die recht evenredig is met zijn massa: de concentratie van zware bestanddelen (O2 en N2) neemt sneller af dan die van lichte bestanddelen (O, He en H) op zodanige wijze dat het relatieve abundantie van deze laatste voortdurend toeneemt met de hoogte.
tussen hoogtes van 100 en 150 km
wanneer men omhoog gaat, ontmoet men verschillende banden waar moleculaire stikstof, atomaire zuurstof, helium en waterstof achtereenvolgens het hoofdbestanddeel worden., De grenzen van deze banden variëren met de temperatuur die is gekoppeld aan het niveau van zonneactiviteit.moleculaire zuurstof is tussen de 100 en 150 km een sterke absorber van extreme ultraviolette zonnestraling bij golflengten tussen 100 en 200 nm: het resulterende thermische effect is een grote stijging van de temperatuur met de hoogte in de thermosfeer en direct boven de mesosfeer.
tegelijkertijd dissociëren veel zuurstofmoleculen (O2) in twee zuurstofatomen (O). Atomaire zuurstof wordt een hoofdbestanddeel., Rekening houdend met het warmtetransport door geleiding, kunnen verticale profielen van de temperatuur worden berekend, ook afhankelijk van de dag-en zonne-activiteitsomstandigheden.
tussen 250 en 500 km
“Thermopauze” is de naam van het niveau waarop de temperatuur stopt te stijgen. De hoogte is afhankelijk van de zonneactiviteit en ligt tussen 250 en 500 km. Boven de thermopauze is de atmosfeer Isotherm en kan de temperatuur waarden aannemen tussen 300°C en 1600°C.,
De grote omvang van deze amplitude van temperatuurschommelingen houdt verband met de extreme verdunning van de atmosfeer op deze hoogten. Het isotherme gebied heeft geen specifieke naam. Het wordt meestal geassimileerd in de thermosfeer, ten minste tot het kritische niveau waar de exosfeer begint.