Для начала нужно разобраться, что такое атмосфера, из чего она состоит и насколько высоко она заканчивается.
Атмосфера является щитом от ультрафиолетового излучения Солнца( конкретнее озоновый слой(экран)). Атмосфера состоит из различных газовых слоев, называемых «воздухом», которые окружают планету и удерживаются под действием силы тяжести Земли. «Воздух» – это общее название комбинации газов, используемых организмами для дыхания и фотосинтеза. По объему, сухой воздух содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,039% диоксида углерода и различные другие газы в очень малом количестве. Содержание воды в атмосфере (в виде водяных паров) колеблется от 0,2 % до 2,5 % по объему, и зависит в основном от широты.
Cлои атмосферы.
Начнём с низов.
Тропосфера.
Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + σφαῖρα «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км.
Благодаря своим свойствам, приповерхностные слои тропосферы высотой до нескольких десятков метров являются основной средой обитания многих живых организмов: растений, животных и человека.
Термин «тропосфера», как обозначение нижней части земной атмосферы, возник в 1908 году благодаря французскому метеорологу Леону Тейсерену де Бору.
Средняя по планете температура в нижних слоях тропосферы (на поверхности Земли) составляет примерно 15°, а в верхней части тропосферы она снижается до —63°.
В тропосфере сосредоточено более 80 % всей массы всех атмосферных газов, включая практически весь атмосферный водяной пар и большую часть атмосферных примесей. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, благодаря так называемой бароклинной неустойчивости развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.
Стратосфера.
Стратосфе́ра (от лат. stratum «настил, слой») — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 °С до +0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 0 °C, температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше, чем на уровне моря.
Стратосфера представляет более однородную среду по сравнению с тропосферой. Так как плотность газа уменьшается с высотой, то относительная диэлектрическая проницаемость в стратосфере ≈1, она оказывает меньшее влияние на распространение радиоволн.
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой»; на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общий объём О3, будь он сконцентрирован в одном отдельном слое, составил бы при нормальном давлении сплошной слой толщиной всего 1,7—4,0 мм.
В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — N2). На высоте 200—500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряжённых частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН·, НО·2 и др.
В стратосфере почти нет водяного пара.
Мезосфера.
Поднимаемся всё выше над Землёй. На этот раз у нас мезосфера – третий по счёту слой от земной поверхности. Степень изученности данного слоя меньше, чем предыдущих двух.
Мезосфе́ра (от греч. μεσο- — «средний» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы на высотах от 40—50 до 80—90 км. Характеризуется понижением температуры с высотой; максимум (0°C) температуры расположен на нижней границе, после чего температура начинает убывать до −70° или −80°C вблизи мезопаузы — переходного слоя к термосфере. Термин принят Географическим и геофизическим союзом в 1951 году.
Газовый состав мезосферы, как и расположенных ниже атмосферных слоёв, постоянен и содержит около 80 % азота и 20 % кислорода.
Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой, а от вышележащей термосферы — мезопаузой. Мезопауза в основном совпадает с турбопаузой.
Метеоры начинают светиться и, как правило, полностью сгорают в мезосфере.
Летом в средних и высоких широтах на высотах 78—94 км из-за чрезвычайно низкой температуры воздуха иногда возникают серебристые облака. Форма этих облаков свидетельствует о наличии на этих высотах волн с длиной до нескольких десятков км, а также крупных квазистандартных вихревых образований.
Термосфера.
Ранее мы рассмотрели тропосферу, стратосферу и мезосферу, в которых заключено 99,5% всей массы атмосферы. На оставшиеся два слоя приходится всего 0,5% массы.
Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы, следующий за мезосферой. Начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Выше этого слоя располагается внешняя часть атмосферы — экзосфера.
Температура воздуха в термосфере быстро и разрывно возрастает и может варьировать от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности.
Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода.
В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулево тепло, выделяемое электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.
Экзосфера.
Экзосфе́ра (от др.-греч. ἐξω — «снаружи», «вне» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — внешняя часть верхней атмосферы Земли и других планет. Нижняя граница экзосферы — экзобаза — определяется по равенству длины свободного пробега атомов высоте однородной атмосферы. Частицы экзосферы двигаются в основном по баллистическим траекториям, поэтому при наличии у них второй космической скорости достаточно высока вероятность покинуть планету без столкновений. Концентрация нейтральных атомов в экзосфере меньше 107 частиц/см3.
Экзосфера Земли состоит из ионизированного газа (плазмы); у её основания отношение концентраций заряженных и нейтральных частиц близко к 1, в верхней части экзосферы газ почти полностью ионизирован. Нижняя и средняя части экзосферы в основном состоят из атомов О и N, с увеличением же высоты быстро растёт относительная концентрация лёгких газов, особенно ионизированного водорода. Газокинетическая температура составляет 1500—3000 К, она слабо растёт с высотой. Рост солнечной активности приводит к потеплению экзосферы и к увеличению её толщины.
Космические аппараты.
Все космические аппараты(спутники, МКС и тд.) находятся на высоте 400км. Это слой - экзосфера. Таким образом, когда астронавты выходят в этот слой атмосферы, уже можно считать, что они в открытом космосе.
