От земли до луны стратосфера

Атмосфера Земли оказалась больше, чем считалось. Она выходит за пределы орбиты Луны

Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев: тропосферы (верхняя граница 20 км), стратосферы (граница 50 км), мезосферы (граница 85 км), термосферы (граница 690 км) и экзосферы (граница 10 000 км). Уже продолжительное время в качестве условной границы между атмосферой Земли и космосом принимается так называемая линия Кармана, располагающаяся на высоте 100 километров. Однако в ходе нового исследования, результаты которого были опубликованы в Journal of Geophysical Research: Space Physics, было установлено, что атмосфера нашей планеты гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Ученые выяснили, что ее границы выходят далеко за пределы Луны.

Пространство, охватывающее в том числе и Луну и являющееся внешней частью самого верхнего слоя атмосферы Земли, экзосферы, исследователи называют геокороной. Оно представляет собой облако из атомов водорода, которое начинает светиться под воздействием ультрафиолетового излучения. Поскольку это облако очень разряжено, измерить его реальные границы оказалось непростой задачей. Так, согласно результатам предыдущих исследований, верхняя граница этого пространства была определена расстоянием около 200 000 километров от Земли, точкой, за которой давление солнечного ветра уже перекрывает силу гравитацию Земли.

Международная научная группа под руководством Игоря Балюкина из Института космических исследований РАН используя данные, собранные космическим аппаратом SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), являющегося совместным проектом Европейского космического агентства и американского аэрокосмического агентства NASA смогла выяснить, что ранее установленная граница геокороны даже близко не соответствует реальному положению дел. Исследователи установили, что протяженность геокороны на самом деле составляет как минимум 630 000 километров. Другими словами, это означает, что границы нашей атмосферы находятся далеко за пределами Луны, которая в свою очередь удалена от нашей планеты всего на 384 000 километров.

«Луна находится внутри земной атмосферы. Об этом не было известно до тех пор, пока не был проведен анализ данных, собранных космической обсерваторией SOHO», — комментирует ведущий автор исследования Игорь Балюкин из Института космических исследований РАН.

Синим цветом отмечена граница геокороны Земли (не в масштабе)

Еще более интересным это открытие делает тот факт, что сделано оно было на основе данных наблюдений, проводившихся с 1996-го по 1998-й годы, то есть более 20 лет назад. Все это время они лежали в архиве, ожидая анализа.

Данные были получены с помощью очень чувствительного инструмента SWAN космического аппарата, предназначенного для измерения дальнего ультрафиолетового излучения атомов водорода, которые называют фотонами линии Лайман-альфа. Увидеть их с Земли невозможно – они поглощаются внутренними слоями атмосферы, поэтому наблюдения необходимо проводить непосредственно в космосе. Например, астронавты миссии «Аполлон-16» смогли сфотографировать геокорону в 1972 году.

«В то время находившиеся на лунной поверхности астронавты даже и не подозревали, что на самом деле находятся внутри геокороны», — говорит соавтор нового исследования и бывший сотрудник программы исследования солнечного ветра в рамках миссии SOHO Жан-Лу Берто из Университета Версаль-Сен-Кантен-ан-Ивелин (Франция).

Фотография геокороны Земли, сделанная с Луны астронавтами миссии «Аполлон-16»

Преимущество инструмента SWAN заключается в том, что он способен выборочно проводить измерение излучения геокороны, отфильтровывая излучение Лайман-альфа идущее из дальнего космоса. Именно это и позволило ученым создать более точную карту этой части земной атмосферы.

Новое исследование не только помогло понять истинный размер геокороны, но также показало, что давление солнечного света увеличивает плотность атомов водорода на дневной стороне Земли и создает область повышенной плотности на ночной стороне. Тем не менее даже на дневной стороне эта плотность довольно низкая – на высоте около 60 000 километров над поверхностью планеты она составляет около 70 атомов водорода на кубический сантиметр. С ночной стороны она еще ниже и продолжает снижаться вплоть до 0,2 атома на кубический сантиметр с приближением к окололунной орбите.

«Обычно мы называем это вакуумом. Поэтому наличие такого источника дополнительного излучающего ультрафиолет водорода в этом случае никак сможет облегчить освоение космического пространства», — комментирует Балюкин.

Хорошая новость в том, поясняют авторы исследования, что эти частицы не будут создавать никакой дополнительной угрозы астронавтам в рамках будущих пилотируемых миссии к Луне.

«В геокороне также присутствует ультрафиолетовое излучение, поскольку атомы водорода излучают свет во всех направлениях, однако его воздействие на астронавтов, находящихся на лунной орбите будет незначительным в сравнении с основным источником излучения – Солнцем», — поясняет Жан-Лу Берто.

Плохая же новость заключается в том, что геокорона может мешать будущим астрономическим наблюдениям, которые будут проводиться рядом с Луной.

«При использовании космических телескопов, работающих ультрафиолетовом диапазоне волн для изучения химического состава звезд и галактик, придется принять во внимание фактор наличия геокороны Земли», — добавляет Берто.

Последним можно отметить один интересный факт. Если данные исследования верны, то с технической точки зрения даже в условиях космических запусков человек никогда не покидал атмосферы Земли.

Обсудить открытие ученые можно в нашем Telegram-чате.

Источник

Атмосфера Земли гораздо больше, чем вы думали. Доходит до Луны

Гораздо удобней, когда у вещей есть четкие рамки. Мы привыкли, что граница между атмосферой Земли и космосом – это линия Кармана на высоте 100 километров, после нее начинается астронавтика и космические путешествия. Ученые выяснили, насколько эта граница условна, и погрешность вышла в сотни тысяч километров.

Атмосфера Земли устроена довольно сложно. Недавно команда астрономов обнаружила, что она распространяется еще дальше, чем предполагалось, – доходит до Луны и даже за нее. Но это вовсе не значит, что в космосе можно спокойно дышать, как на даче. Даже на линии Кармана уже иметь лучше при себе запас кислорода. А уже дальше, от привычного набора газов, которыми мы дышим, остается только небольшой разреженный набор молекул.

Эта далекая часть атмосферы называется экзосферой (геокроной). Это слабое облако нейтрального водорода, которое светится в ультрафиолетовых лучах. Слой водорода очень тонкий, поэтому его было сложно заметить. Раньше считалось, что его верхний предел – это 200 000 километров от Земли. Та точка, в которой давление солнечного света перекрывает гравитацию Земли.

Фото геокороны Земли, сделанное с Луны

Согласно данным Солнечной и Гелиосферной обсерватории (Solar and Heliospheric Observatory (SOHO)), которая принадлежит Европейскому космическому агентству и НАСА, двести тысяч километров – не предел для земной атмосферы. Ученые выяснили, что геокорона простирается на 630 000 километров.

А это значит, что Луна находится в земной атмосфере. Причем практически в ее центре, ведь расстояние от нашей планеты до спутника 384 400 километров. Еще удивительнее то, что SOHO сделал эти наблюдения более двух десятилетий назад, между 1996 и 1998 годами. Все это время данные находились в архиве, ожидая, когда кто-нибудь сможет их проанализировать.

Источник

На какой высоте летают самолеты, спутники и космические корабли?

Граница между атмосферой Земли и космосом проходит по линии Кармана, на высоте 100 км над уровнем моря.

Космос совсем рядом, осознаете?

Итак, атмосфера. Воздушный океан, который плещется у нас над головой, а мы живем на самом его дне. Иначе говоря, газовая оболочка, вращающаяся вместе с Землей, наша колыбель и защита от разрушительного ультрафиолетового излучения. Вот как это выглядит схематично:

Схема строения атмосферы

Тропосфера. Простирается до высоты 6-10 км в полярных широтах, и 16-20 км в тропиках. Зимой граница ниже, чем летом. Температура с высотой падает на 0.65°C каждые 100 метров. В тропосфере находится 80% общей массы атмосферного воздуха. Здесь, на высоте 9-12 км, летают пассажирские самолеты. Тропосфера отделена от стратосферы озоновым слоем, который служит щитом, защищающим Землю от разрушительного ультрафиолетового излучения Солнца (поглощает 98% УФ-лучей). За озоновым слоем жизни нет.

Стратосфера. От озонового слоя до высоты 50 км. Температура продолжает падать, и, на высоте 40 км, достигает 0°C. Следующие 15 км температура не меняется (стратопауза). Здесь могут летать метеозонды и стратостаты*.

Мезосфера. Простирается до высоты 80-90 км. Температура падает до -70°C. В мезосфере сгорают метеоры, на несколько секунд оставляя светящийся след на ночном небе. Мезосфера слишком разрежена для самолетов, но, в то же время, слишком плотна для полетов искусственных спутников. Из всех слоев атмосферы она самая недоступная и малоизученная, поэтому ее называют “мертвой зоной”. На высоте 100 км проходит линия Кармана, за которой начинается открытый космос. На этом официально заканчивается авиация и начинается космонавтика. Кстати, линия Кармана юридически считается верхней границей расположенных внизу стран.

Термосфера. Оставив позади условно проведенную линию Кармана выходим в космос. Воздух становится еще более разреженным, поэтому полеты тут возможны только по баллистическим траекториям. Температура колеблется от -70 до 1500°C, солнечная радиация и космическое излучение ионизируют воздух. На северном и южном полюсах планеты частицы солнечного ветра, попадая в этот слой, вызывают полярные сияния, видимые в низких широтах Земли. Здесь же, на высоте 150-500 км летают наши спутники и космические корабли, а чуть выше (550 км над Землей) – прекрасный и неподражаемый телескоп Хаббл (кстати, люди поднимались к нему пять раз, т.к. телескоп периодически требовал ремонта и технического обслуживания).

Термосфера простирается до высоты 690 км, дальше начинается экзосфера.

Экзосфера. Это внешняя, рассеянная часть термосферы. Состоит из ионов газа, улетающих в космическое пространство, т.к. сила притяжения Земли больше на них не действует. Экзосферу планеты также называют “короной”. “Корона” Земли имеет высоту до 200 000 км, это примерно половина расстояния от Земли до Луны. В экзосфере могут летать только беспилотные спутники.

*Стратостат – аэростат для полетов в стратосферу. Рекордная высота подъема стратостата с экипажем на борту на сегодня составляет 19 км. Полет стратостата “СССР” с экипажем из 3-х человек состоялся 30 сентября 1933 года.

Стратостат

**Перигей – ближайшая к Земле точка орбиты небесного тела (естественного или искусственного спутника)
***Апогей – наиболее отдаленная от Земли точка орбиты небесного тела

Орбиты спутников Земли

Источник

Атмосфера послойно. Экскурсия в вертикальном направлении (3 минуты чтения и все понятно). ч.1.

Что вы знаете о небе над головой? Поговорим о воздушном океане, на дне которого мы с вами живем, и только очень изредка «всплываем» на его поверхность. Но это не точно! Ведь, уже утверждают, что он простирается до Луны.

Часть первая. Подъем до линии Теодора фон Кармана. Первые 100 километров.

5 – 5,5 километров – Осторожно, физиологическая зона атмосферы заканчивается

На высоте 5 тыс. метров и атмосферное давление, и содержание кислорода в воздухе падает вдвое. Без предварительной и долгой акклиматизации вы не выдержите в таких условиях и пары часов.

Но, практически под «потолком» этой отметки, в Андах, на высоте 5 100 метров расположен самый высокогорный город в мире – Ла-Ринконада (Перу).

Нехватка кислорода хорошо «компенсируется» другим химическим элементом – золотом. Золотые рудники привлекают сюда массу людей. В 2012 году население города составило около 50 тыс. человек.

Для справки: 99 % населения планеты проживает до высоты 2 км.

9 километров – «дышите глубже»

9 тыс. метров — предел приспособляемости к кратковременному дыханию атмосферным воздухом. Вершина горы Эверест (Джомолунгма), что в Гималаях, немного не дотягивает до этого показателя. Она находится на высоте 8 848 метров над уровнем моря.

Подъем на Джомолунгму занимает от 2-х месяцев. Из них около месяца уходит на акклиматизацию.

Выше пешком человек подняться не может. А птицы, подняться могут?

10 – 11 километров – верхний эшелон пернатых

Как высоко летают птицы? Да и что их может заставить подняться на большие высоты? Ответ: Те же самые Гималаи – высочайшая горная система Земли. Через эти горы проходят миграции многих птиц. И понятно, что им приходится перелетать их на больших высотах.

Горные гуси Anser indicus обитают в высокогорных озерах по всей Центральной Азии. На зиму они мигрируют на юг через Гималаи. Это одни из самых высоко летающих птиц. Зафиксирован случай полета горных гусей на высоте 10 175 метров . Они способны пролететь над Гималаями всего за 8 часов. Серый журавль пока на втором месте — зафиксирован перелет через Гималаи на высоте 10 050 метров .

Африканский сип, он же гриф Рюппеля живет в саваннах на севере (южнее Сахары) и востоке Африки. В 1973 году зафиксирован случай столкновения птицы с самолетом на высоте 11 277 метров . Правда, не понятно, что заставило птицу так высоко подняться.

10 – 12 километров – «над погодой»

Здесь заканчивается тропосфера, «погодный» слой (страта) атмосферы, и начинается стратосфера. Граница между ними называется тропопауза (в средних широтах она находится на высоте 10–12 км).

Чтобы был понятен смысл выделения тропосферы в отдельный слой скажем: Практически все погодные явления протекают в тропосфере (нижней части атмосферы), и только отчасти, с некоторой условностью в стратосфере (до 50 километров). Тропопауза это граница подъема обычных облаков.

Прогноз погоды, который вы смотрите по телевизору, касается, прежде всего, тропосферы . В тропосфере сосредоточено более 80 % всей массы атмосферного воздуха. Здесь сосредоточена преобладающая часть водяного пара, образуются облака, формируются атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, происходят многие другие процессы, определяющие погоду и климат.

Все это осталось под нами, а нам еще есть куда подниматься..

12 км – потолок дозвуковых пассажирских авиалайнеров

Чтобы было понятно: сверхзвуковые пассажирские самолеты Ту-144 и «Конкорд» отличаются от простых «Эрбасов» и «Боингов» не только скоростью полет, но и высотой.

Обычные (дозвуковые) пассажирские самолеты летают на высотах 9-12 км. Ту-144 осуществлял полеты на высоте 16000-17000 метров со скоростью 2000 км/ч. Его практический потолок (максимальная высота реального применения летательного аппарата) с двигателем РД-36-51А составлял 20 километров .

20 км – «Ближний космос» начинается

Идеальное место для космического туризма. Вид из иллюминатора почти как на орбите, но спутники здесь еще не летают. Небо от темно-фиолетового до черно-лилового (на больших высотах). Горизонт имеет характерный изгиб.

20 – 22 км – верхняя граница биосферы

Жизнь сюда поднимается ветром. Но это, как правило, только споры и бактерии.

20 – 25 км – тот самый озоновый слой

Для справки (если вдруг кто-то не знает): озон это газ, состоящий из трехатомных молекул кислорода. Молекулы того кислорода, которым мы дышим, имеют только два атома. Трехатомные молекулы образующегося в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца на обычный двухатомный кислород.

Озоновый слой появился в атмосфере только 500—600 млн лет назад, когда в ней вследствие фотосинтеза накопилось достаточно кислорода.

25 – 26 км — максимальная высота реального применения существующих реактивных самолетов

А вот здесь уже практический потолок и для реактивных самолетов военного назначения. Практический потолок стратегического сверхзвукового самолета-разведчика ВВС США Lockheed SR-71 «Blackbird» 25910 метров.

Но это совсем не значит, что самолеты не летают выше. Как же так? Читаем дальше.

30 км — мечта космических туристов: «В космос на воздушном шаре»

Американская компания World View планировала отправлять туристов на высоту около 30 километров. Но не в ракете или самолете, а в капсуле, прикрепленной к воздушному шару размером с футбольное поле. Полет 6 часов, из них 4 на заданной высоте. Напомню, внешне здесь практически космос. Только невесомости нет. Фантастика! Но пока не сложилось.

34,4 километров — прилетели на Марс

Шутка, но с долей истины. Этой высоте соответствует среднее давление у поверхности Марса. Парашютные системы посадки на Красную планету, NASA испытывает именно здесь.

Хотя «Аэродинамический надувной замедлитель сверхзвуковой скорости» (Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators) не сильно похож на привычный нам парашют. Он больше похож на «летающую тарелку». Надувной замедлитель поднимали на воздушном шаре на высоту 36 км, а потом с помощью ракетных двигателей еще до высоты в 55 км. После чего сбрасывали.

37 км — динамический потолок для самолетов

Кроме практического потолка (см. выше) есть еще динамический. Для достижения динамического потолка летательный аппарат разгоняется до максимальной скорости, а затем выполняет маневр с набором высоты (горку).

Рекорд высоты полета для самолетов установлен 21 августа 1977 года летчиком-испытателем Александром Федотовым на МиГ-25 — 37 650 метров.

41 км — почему бы не спрыгнуть с парашютом?

41 425 метров — рекорд высоты стратостата, управляемого одним человеком, а также рекорд высоты прыжка с парашютом. 24 октября 2014 года Алан Юстас, на тот момент один из топ-менеджеров Google, был привязан к воздушному шару и таким образом добрался до стратосферы. От туда и сброшен. Все было добровольно и Алан был в скафандре.

50 – 55 км — Все с тратосфера закончилась. Дальше только на ракете

Дальше мезосфера. Граница между стратосферой и мезосферой называется стратопауза. Известна мезосфера своими «подкосмическими» серебристыми облаками (75—85 км). Да, космос уже близко.

Кроме того, мезосфера это «святая инквизиция» для «пришельцев из космоса». Это, то самое место, где сгорают практически все «небесные камни» не сумевшие избежать притяжения нашей планеты. Видите в ночном небе метеор — значит наблюдаете действие очищающего огня мезосферы.

Мезосфера известна еще и тем, что в ней зажигают звезды. Искусственные. Кому и зачем это нужно мы разбираем здесь .

Воздух на такой высоте слишком разрежен, чтобы поддерживать полет самолетов или аэростатов, и в то же время слишком плотен для полетов искусственных спутников. Чтобы изучить этот слой атмосферы, сюда запускают только суборбитальные метеорологические ракеты . 20 сентября 2013 года к мезосфере подобрался (53,7 км) японский метеозонд BS13-08, и это рекорд высоты полета беспилотного газового аэростата.

► Если вы «поднялись» с нами до этого места, значит Вам интересно. Не забудьте поставить «лайк», он же «большой палец вверх», этой статье.

80 км — над США начинается космос

На самом деле граница между космосом и атмосферой чистая условность. Да и весь мир, пока, придерживается границы в 100 км. Но для ВВС США граница атмосферы и космоса — 50 миль (80,45 км) над уровнем моря. Преодолевшие эту высоту пилоты получают звание астронавта. То же делает и NASA.

100 км — космос начинается над остальным миром

Это официальная международная граница между атмосферой и космосом рубеж между аэронавтикой и космонавтикой (астронавтикой).

Считается, что на этой высоте атмосфера становится настолько разреженной, что аэродинамическая авиация становится невозможной, так как скорость летательного аппарата, необходимая для создания достаточной подъемной силы, становится больше первой космической скорости . Для достижения еще больших высот необходимо пользоваться средствами космонавтики.

Эту границу вычислил еще американский ученый венгерского происхождения Теодор фон Карман, в честь него она и названа.

Теперь, нужна небольшая передышка и автору и читателям. В любом походе и экскурсии нужен привал. Тем более, что далее нам предстоит подъем до Луны.

Источник