יום רביעי, 15 ביולי 2009

מה מחזיק את האקסוספירה?

שאלה נוספת של שרון בריזינוב, קורא של הבלוג:
מה גורם לגזים בשכבות האקסוספירה להישאר צמודים לכדור הארץ? למה הגזים בשכבות אלו לא מתפשטים לעבר החלל ?
אקסוספירה, שמתחילה בגובה של כ-500 ק"מ, היא השכבה החיצונית של האטמוספירה. זאת שכבה דלילה של חלקיקים ומולקולות ששייכים לאטמוספירה, כלומר הם מוחזקים על ידי כוחות שמקורם בכדור הארץ. קשה להגדיר במדויק את הגבול בין האקסוספירה ובין החלל החיצון - מדובר על סדר גודל של עשרות אלפי ק"מ מפני כדור הארץ, כלומר זו שכבה עבה ביותר.

התשובה לשאלה של שרון היא שהאקסוספירה, כמו שאר חלקי האטמוספירה, לא מתנתקת מכדור הארץ בגלל כוח הכבידה של כדור הארץ שפועל על הגזים באטמוספירה. עקב עקרון ארכימדס (עקרון הציפה), הגזים הקלים, בעיקר מימן והליום, צפים מעלה ומאכלסים את האקסוספירה הדלילה. גזים כבדים יותר שוקעים מטה וממלאים את השכבות הנמוכות של האטמוספירה.

מהירות הבריחה של מולקולות הגז באקסוספירה נמוכה יחסית, מה עוד שכמות המולקולות שם נמוכה ולכן יש מעט התנגשויות. זו הסיבה לכך שמולקולות אכן בורחות בקצב נמוך מהאקסוספירה לחלל החיצון, וזה בעצם ההסבר לכך שכמות המימן וההליום באטמוספירה נמוכה מאוד. בעבר הרחוק של כדור הארץ הכמות שלהם הייתה הרבה יותר גדולה.

עקב הצפיפות הנמוכה של הגז, האקסוספירה לא מפזרת את אור השמש כמו השכבות הנמוכות של האטמוספירה (פיזור ריילי שגורם לשמים להיראות כחולים) ונראית שחורה. אך ניתן לצפות בה בדרך אחרת. אטומי המימן מחזירים אור על-סגול שמקורו בשמש. את התופעה הזו, הקרויה גיאוקורונה (Geocorona), ניתן לראות מהחלל באמצעות מכשור רגיש לאור על-סגול.

תופעות נוספות המתרחשות באקסוספירה קשורות לשדה המגנטי של כדור הארץ, שבכוחו להחזיק חלקיקים טעונים במרחק די גדול מפני כדור הארץ. מקורם של אותם חלקיקים טעונים, בעיקר פרוטונים ואלקטרונים, ברוח השמש וביונוספירה של כדור הארץ (אחת השכבות של האטמוספירה). החלקיקים הטעונים נלכדים באזורים רחבים באקסוספירה הקרויים חגורות קרינה או חגורות ואן אלן. בהקשר זה קיימת חפיפה בין האקסוספירה שמקורה בפעולת הכבידה של כדור הארץ ובין המגנטוספירה שמקורה בשדה המגנטי של כדור הארץ ובאינטראקציה שלו עם רוח השמש.

מקור לתמונה: NASA. נראית בה חללית אספקה שעזבה את תחנת החלל הבינלאומית. צבען של השכבות התחתונות של האטמוספירה הוא כחול, ואילו האקסוספירה שחורה.

אין תגובות: