Choć nie możemy tego dostrzec gołym okiem, atmosfera ziemska ma swój początek i koniec. Najniższą jej warstwą jest troposfera. Nad nią rozciąga się stratosfera. Funkcję łącznika między niższymi i wyższymi obszarami pełni warstwa środkowa, czyli mezosfera. Powyżej znajduje się termosfera, ostatnia warstwa wykazująca najważniejsze cechy ziemskiej atmosfery. Powyżej jest już tylko egzosfera, będąca czymś w rodzaju buforu między atmosferą a przestrzenią kosmiczną. 

Czym jest egzosfera?

Mówiąc o egzosferze, na myśli trzeba mieć najbardziej wysuniętą na zewnątrz warstwę atmosfery. To coś w rodzaju płynnej strefy przejściowej między atmosferą a otwartą przestrzenią kosmiczną, przy czym należy podkreślić, że warunki występujące w tej warstwie są zupełnie inne niż w pozostałych. Z tego względu, niektórzy naukowcy traktują ten obszar jako cześć przestrzeni kosmicznej.

Egzosfera atmosfery ziemskiej zaczyna się na wysokości ok. 500 km. Czyli 400 km powyżej linii Kármána – umownej granicy, za którą zaczyna się przestrzeń kosmiczna. Na jakiej wysokości zlokalizowana jest górna granica tej warstwy? Trudno powiedzieć.

Niektórzy naukowcy wskazują na odległość 100 tys. km od powierzchni Ziemi, gdzie występuje tzw. geokorona. Pod tą nazwą kryje się wodorowa otoczka naszej planety, która w zakresie ultrafioletu jest widoczna jako jasna poświata. Według innej teorii, egzosfera kończy się na wysokości 190 tys. km, czyli w połowie odległości między Ziemią a jej naturalnym satelitą.

Cechy egzosfery

Najbardziej charakterystyczną cechą egzosfery jest ogromne rozrzedzenie gazów tworzących tę warstwę. Liczba cząsteczek w jednostce objętości jest tak mała, że panujące tam warunki można porównać do próżni. Cząstki poruszają się z ogromnymi prędkościami (do 11,2 km/s), jednak prawdopodobieństwo wystąpienia kolizji między nimi jest znikome. Zatem w egzosferze poruszają się po trajektoriach balistycznych. W rezultacie dochodzi do uwalniania się pojedynczych atomów (w największym stopniu dotyczy to wodoru i helu), które oddalają się w przestrzeń międzyplanetarną.

Jaka temperatura jest w egzosferze?

Ze względu na znaczne rozrzedzenie gazu, temperatura w egzosferze nie może być mierzona w sposób tradycyjny. Warunki wysokiej próżni uniemożliwiają proces transportu energii cieplnej, zarówno poprzez konwekcję (proces przekształcania ciepła związany z makroskopowymi ruchami materii), jak i przewodnictwo (proces wymiany ciepła poprzez przekazywanie energii kinetycznej bezładnego ruchu cząsteczek pod wpływem ich kolizji). W przypadku tak mocno rozrzedzonego gazu temperaturę należy rozpatrywać w kontekście termodynamiki i definiować jako miarę średniej energii kinetycznej cząstek. Należy więc przyjąć, że warunki termiczne panujące w egzosferze nie zmieniają się wraz z wysokością. Średnia temperatura jest tam równa ok. 1500 K.

Mimo że cząstki gazów osiągają w egzosferze znaczną energię, to nie mogą efektywnie przekazywać ciepła. Co za tym idzie, nie wpływają w istotny sposób na temperaturę obiektów znajdujących się w tej warstwie. O temperaturze ciał w egzosferze decydują inne czynniki, jak dostępność promieniowania słonecznego i aktywność słoneczna. Satelita oświetlany promieniami Słońca rozgrzewa się do znacznej temperatury, ale część tego samego obiektu, która nie jest oświetlona, błyskawicznie wypromieniowuje ciepło.

Ciekawostki o egzosferze

Powyżej wymieniliśmy najważniejsze cechy egzosfery. Na koniec zostawiliśmy kilka interesujących informacji na temat tej niezwykłej warstwy, której bliżej jest do kosmosu niż do atmosfery. 

  1. W przypadku najmniejszych ciał planetarnych, które wykazują zdolność do utrzymania otoczki gazowej, egzosfera jest jedyną warstwą atmosfery. Warstwy atmosfery, w których dochodzi do zderzeń cząsteczek, mogą utrzymać tylko większe planety, mające odpowiednią masę.
  2. Jonosfera, czyli tzw. strefa jonów zlokalizowana na wysokości od 80 do 1000 km, w której występują zjonizowane cząsteczki gazów atmosferycznych, jest tworzona przez dwie zewnętrzne warstwy atmosfery: termosferę i egzosferę.
  3.  Egzosfera jest nazywana strefą dyssypacji lub strefą rozpraszania. Ta nazwa idealnie opisuje główną cechę tej warstwy, w której panują warunki zbliżone do próżni. 
  4. Ze względu na znaczne rozrzedzenie gazów tworzących egzosferę, w tej warstwie atmosfery nie może wystąpić zjawisko fali akustycznej. 
  5. W ziemskiej egzosferze występują pasy radiacyjne, czyli obszary intensywnego promieniowania korpuskularnego. Składa się ono się z cząstek (przede wszystkim protonów i elektronów) o znacznej energii, które znalazły się w zasięgu oddziaływania ziemskiego pola magnetycznego.
  6. W egzosferze i powyżej tej warstwy krąży większość sztucznych satelitów. Dlaczego właśnie tam? Odpowiedź jest prosta – ze względu na ekstremalne rozrzedzenie atmosfery w warstwie egzosfery, obiekty te napotykają na minimalne opory powietrza. To sprawia, że przez dziesiątki lat mogą utrzymywać swoją orbitę bez konieczności wprowadzania istotnych korekt.
  7. W egzosferze obserwuje się obecność cząstek węglowodorowych, które powstają w następstwie procesu degradacji fotochemicznej i atmosferycznej. Węglowodory takie jak metanol czy metan w przyszłości mogą być wykorzystywane jako źródło energii lub surowce podczas długoterminowych misji kosmicznych.