Низкая околоземная орбита является результатом попыток ученых ответить на очень распространенный вопрос: где начинается космос? Она включает в себя все слои атмосферы, которые отличаются своими характеристиками, поведением газа, температурой, давлением и расстоянием от поверхности. Однако слой, составляющий 80% массы, является самым тонким из всех.
Хотя низкая околоземная орбита включает в себя все слои атмосферы, большая часть того, что люди знают об атмосфере, происходит в первых двух слоях. Тропосфера и стратосфера являются ближайшими слоями с основным количеством атмосферной массы. Низкая околоземная орбита каким-то образом знаменует начало космического пространства.
Линия Кармана была попыткой обозначить границу между Землей и космическим пространством, она составляет от 80 до 100 километров.
Что такое тропосфера?
Самый нижний слой атмосферы называется тропосферой, его средняя толщина составляет 10 километров, он простирается над поверхностью Земли. В этом слое происходит все, что известно под словом - «погода», а именно ветры, грозы, торнадо, ураганы, снежные бури и образование облаков.
Конвективное переворачивание воздуха приводит ко всем погодным явлениям. Кроме того, вода проходит в тропосфере все свои фазы: пар, дождь и снег. «Переворачивание» отражено в названии этого тонкого, но плотного слоя: tropos по-гречески означает «поворот», что означает переворачивание воздуха. Итак, почему здесь происходит переворот воздуха?
Опрокидывание в Тропосфере
Переворачивание – вертикальное перемешивание – происходит из-за того, что самая высокая температура тропосферы находится внизу. Средняя температура на поверхности составляет около 15 °С, а вверху она снижается в среднем до -60 °С. Здесь сосредоточено около 80% массы атмосферы. Тропосфера заканчивается границей, называемой тропопаузой, где начинается следующий слой.
Что такое стратосфера?
Стратосфера - это второй по величине слой атмосферы Земли, начинающийся на высоте 10 километров над поверхностью. В отличие от тропосферы, температура в стратосфере увеличивается с высотой. Вверху температура составляет около 0 °С - почти на 100 градусов выше, чем внизу. Однако давление уменьшается до одного миллибара, то есть в 1000 раз меньше давления на поверхности Земли. Стратосфера заканчивается в стратопаузе. Означает ли более высокая температура, что стратопауза теплая?
Теплая ли стратосфера?
Более высокая температура в тропосфере является результатом ультрафиолетового (или УФ) излучения Солнца, улавливаемого частицами озона (O3). Здесь расположен знаменитый озоновый слой, где поглощается ультрафиолетовое излучение. Самая высокая концентрация озона находится в самой нижней части стратосферы, но O3 также можно обнаружить вплоть до середины слоя.
Большая часть излучаемого ультрафиолета поглощается O3, расщепляя его на O2 и атомарный кислород (O). Затем O и O2 снова объединяются и воссоздают O3. Однако поглощенная энергия не создает теплой среды, поскольку молекулы находятся так далеко друг от друга, что столкновения происходят редко. Следовательно, самолетам, летающим на этой высоте, необходимо создавать давление внутри кабины и регулировать температуру.
Самолеты в стратосфере
Крейсерская высота для большинства коммерческих полетов составляет около 39 000 футов или 12 километров над поверхностью. Это означает, что самолеты летают в самой низкой части стратосферы, над погодой и вызываемой ею турбулентностью. Границу двух слоев можно увидеть с самолета, поскольку облака не входят в стратосферу. Воздух здесь слишком разреженный, поэтому в кабинах самолетов создается давление.
Помимо коммерческих самолетов, SOFIA НАСА также летает в нижней стратосфере.
SOFIA - Стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии
SOFIA - это Boeing 747 с прикрепленным к нему 100-дюймовым телескопом. Он летит на высоте 12 километров, над 99% земной атмосферы, и изучает Солнечную систему в инфракрасной части светового спектра. Переходные явления, такие как затмения и затемнения, также лучше всего изучаются с помощью SOFIA.
Плутон и спутник Сатурна, Титан, также были изучены SOFIA из стратосферы. Выше в стратосфере давление воздуха слишком низкое для полетов обычных самолетов. Военные реактивные и другие самолеты, которые летают на больших высотах, используют мощность своих двигателей для выполнения полета.
Однако для сбора данных запускаются научные аэростаты. Лучшим местом для этого является станция Мак-Мердо в Антарктиде, поскольку вихрь Южного полюса удерживает воздушные шары на небольшой площади и не дает им улететь вдаль.
Можно сделать вывод, что первые два слоя атмосферы на низкой околоземной орбите - это те, которые люди используют в наибольшей степени.