Die Thermosphäre und die Exosphäre sind die äußersten Schalen der Erdatmosphäre, in denen künstliche Satelliten und andere Raumfahrzeuge wie die Internationale Raumstation (ISS) Umlaufbahnen folgen.
Dieser Teil der Atmosphäre ist die natürliche Umgebung für Astronauten und Kosmonauten, wenn sie einen Weltraumspaziergang durchführen, um Raumstationen zu bauen oder zu reparieren und Satelliten zu holen oder zu reparieren.,
Aerodynamik und Lebensdauer von Raumfahrzeugen
Die Analyse der Schwankungen der Umlaufbahnen künstlicher Satelliten hat übrigens einen ersten wichtigen Beitrag zur Untersuchung der physikalischen Struktur dieser atmosphärischen Schicht geleistet. Eine eingehende Kenntnis des äußersten Teils der Atmosphäre, also der Thermosphäre und der Exosphäre, ist an sich wichtig als Grundlagenforschung und Teil einer globalen Untersuchung der Erdumgebung.,e Bereich der Geodäsie, Navigation, Teledetektion und Meteorologie Dieses Wissen hat sich auch unverzichtbar gemacht für:
- Bestimmen Sie die aerodynamischen Eigenschaften von Raumfahrzeugen
- Bewerten Sie die Dauer, während der Raumfahrzeuge in einer Umlaufbahn um die Erde aktiv sein können
- Wählen Sie die am besten geeigneten Satellitenbahnen
Wenn Wissenschaftler beispielsweise Langzeitbeobachtungen der Erde mit hoher Auflösung durchführen möchten, wählen sie eine kreisförmige Umlaufbahn, die nicht anfällig für alle möglichen Störungen ist was die Umlaufbahn erheblich verändert und dazu führt, dass die Satelliten zu früh zurückkehren.,
Die Exosphäre: der oberste Teil der Atmosphäre
Die Dichte der Atmosphäre nimmt mit der Höhe kontinuierlich ab, so dass Kollisionen zwischen Atomen auf einer bestimmten Ebene sehr selten werden. Der mittlere freie Weg, definiert als die mittlere Entfernung, die ein atmosphärisches Teilchen zwischen zwei Kollisionen zurücklegt, beträgt ungefähr 100 km bei 500 km Höhe im Vergleich zu einem Wert von einem Zehntel Mikrometer am Boden!
Die Exosphäre ist definiert als der atmosphärische Bereich, in dem die Anzahl der Kollisionen zwischen Partikeln vernachlässigbar ist.,
Die Atome folgen verschiedenen Arten von Freiraumtrajektorien und einige von ihnen können der Erdatmosphäre entkommen. Die kinetische Temperatur verliert ihre gewöhnliche Bedeutung und das hydrostatische Gesetz ist nicht mehr gültig. Das kritische Niveau, das der Basis der Exosphäre entspricht, wird „Exobase“ genannt und liegt je nach Temperatur in der Thermopause zwischen 350 und 800 km.
Helium und Wasserstoff sind die wichtigsten exospheric Bestandteile. Die Wasserstoffatome bilden die Korona der Atmosphäre, die sich bis zu einer Höhe von 50.000 km erstreckt.,
Die Thermosphäre: ein Teil der Heterosphäre
100 km Höhe
Die Heterosphäre ist die atmosphärische Region, in der die Zusammensetzung nicht homogen ist. Der Übergang mit der Homosphäre befindet sich im Durchschnitt auf etwa 100 km Höhe, wo turbulentes Mischen nicht mehr ausreicht, um die Luft homogen zu halten. Molekulare diffusion wird die Haupt-Phänomene.,
Die Zahlendichte jedes atmosphärischen Bestandteils nimmt mit der Höhe mit einer Geschwindigkeit ab, die direkt proportional zu seiner Masse ist: Die Konzentration schwerer Bestandteile (O2 und N2) nimmt schneller ab als die leichter Bestandteile (O, He und H), so dass die relativen Abundanzen der letzteren kontinuierlich mit der Höhe zunehmen.
Zwischen Höhen von 100 und 150 km
aufwärts trifft man auf mehrere Gürtel, in denen nacheinander molekularer Stickstoff, atomarer Sauerstoff, Helium und Wasserstoff zum Hauptbestandteil werden., Die Grenzen dieser Gürtel variieren mit der Temperatur, die mit der Sonnenaktivität zusammenhängt.
Zwischen den Höhen von 100 und 150 km ist molekularer Sauerstoff ein starker Absorber extremer ultravioletter Sonnenstrahlung bei Wellenlängen zwischen 100 und 200 nm: Der resultierende thermische Effekt ist ein großer Anstieg der Temperatur mit der Höhe in der Thermosphäre und befindet sich unmittelbar über der Mesosphäre.
Gleichzeitig dissoziieren viele Sauerstoffmoleküle (O2) in zwei Sauerstoffatome (O). Atomarer Sauerstoff wird zum Hauptbestandteil., Unter Berücksichtigung des Wärmetransports durch Leitung können vertikale Profile der Temperatur berechnet werden, die auch von den Tages-und Sonnenaktivitätsbedingungen abhängen.
Zwischen 250 und 500 km
„Thermopause“ ist der Name des Niveaus, bei dem die Temperatur nicht mehr ansteigt. Seine Höhe hängt von der Sonnenaktivität ab und liegt zwischen 250 und 500 km. Oberhalb der Thermopause ist die Atmosphäre isotherm und die Temperatur kann Werte zwischen 300°C und 1600°C annehmen.,
Die Größe dieser Amplitude von Temperaturschwankungen hängt mit der extremen Verdünnung der Atmosphäre in diesen Höhen zusammen. Die Isotherme region hat keinen spezifischen Namen. Es wird normalerweise in die Thermosphäre assimiliert, zumindest bis zu dem kritischen Niveau, auf dem die Exosphäre beginnt.