Termosfera

Warstwa ta zaczyna się od wysokości ok. 85^[1]–90 km^[2] nad powierzchnią Ziemi. Warstwa ta zawdzięcza nazwę (gr. thermos – ciepły, gorący) szybkiemu wzrostowi temperatury w jej dolnej części. Jest to spowodowane absorpcją słonecznego promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletu. Powodują one fotojonizację i fotodysocjację cząsteczek gazów^[2][3]. Jako że natężenie wysokoenergetycznego promieniowania zależy od pory dnia, a także fazy aktywności słonecznej, temperatury gazów w termosferze wykazują dużą zmienność. W najcieplejszej porze popołudniowej temperatury rosną gwałtownie od minimum w mezopauzie (−80 °C lub mniej) do około +100 °C na wysokości 120 km, dalej do 700 °C na wysokości 250 km i następnie wolniej do około 1000 °C na górnej granicy, ok. 800 km nad powierzchnią Ziemi. Dobowe różnice są bardzo duże, temperatura na wysokości 500 km zmienia się od 400 °C nocą do ponad 1000 °C w ciągu dnia. Należy zaznaczyć, że temperatura tak rozrzedzonego gazu jest rozumiana w znaczeniu termodynamicznym, jako miara średniej energii kinetycznej cząsteczek. Ze względu na panującą w termosferze wysoką próżnię, przewodzenie ciepła niemal nie zachodzi i obiekty w termosferze szybko tracą ciepło przez wypromieniowanie^[1]. Podczas minimum aktywności słonecznej emisja wysokoenergetycznego promieniowania znacznie spada i dzienne temperatury termosfery są o kilkaset kelwinów niższe^[4].

Powyżej wysokości 90–100 km (homopauzy) gazy atmosferyczne nie są już w istotny sposób mieszane przez turbulencje i skład chemiczny zmienia się z wysokością. Obszar ten nosi nazwę heterosfery i obejmuje termosferę^[2][5]. W termosferze występują fale i pływy atmosferyczne, powodujące ruchy cząstek, który można określać mianem wiatru^[2].

 

Obszar powyżej wysokości 100 km (tzw. linia Kármána), czyli większość termosfery, umownie określany jest mianem przestrzeni kosmicznej. Opory aerodynamiczne ruchów są tu dość niskie, aby ciała poruszające się z dostatecznie dużą prędkością mogły krążyć po długoterminowo stabilnych orbitach. W obrębie termosfery przebiegają niskie orbity okołoziemskie i krąży wiele sztucznych satelitów Ziemi, w tym Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Zmiany gęstości termosfery związane z pogodą kosmiczną sprawiają, że co pewien czas trzeba korygować ich orbity^[2]. Powyżej wysokości 160 km zanika zjawisko fali dźwiękowej^[6].

Fotojonizacja gazów powoduje powstawanie dużej liczby jonów, które tworzą ziemską jonosferę. Obejmuje ona termosferę i mezosferę, przy czym liczebność jonów jest wyższa w termosferze. Z tego względu to głównie w niej powstają zorze polarne^[1][2][7].

Absorpcja wysokoenergetycznego promieniowania ze Słońca tworzy termosfery także innych planet w Układzie Słonecznym. Termosfera Wenus, powyżej 100 km nad powierzchnią, nie jest tak wykształcona jak w przypadku Ziemi i wykazuje wahania temperatury od 300 K w dzień do zaledwie 100 K nocą. Z tego względu termosfera nocnej strony Wenus jest określana mianem kriosfery. Gradient temperatury generuje silne wiatry na wysokościach termosferycznych, przenoszące gaz i ciepło z dziennej strony^[8]. Termosferę powyżej około 100 km nad powierzchnią ma także Mars^[9]. Warstwę tę definiuje się także w przypadku atmosfer planet–olbrzymów oraz Tytana, księżyca Saturna^[10].

• Joseph W. Chamberlain, Donald M. Hunten: Theory of planetary atmospheres: an introduction to their physics and chemistry. Wyd. 2. Academic Press, 1990, seria: International Geophysics Series. ISBN 0-12-167252-2.