برون‌سپهر یا اگزوسفر چیست و کجاست و چه ویژگی‌هایی دارد؟

برون‌سپهر یا اگزوسفر چیست و کجاست

از نظر برخی دانشمندان، اگزوسفر (Exosphere) مرتفع‌ترین و آخرین لایه جو زمین است که پس از آن به‌تدریج فضای خلاء آغاز می‌شود. یعنی پس از اگزوسفر، محدوده جو زمین پایان می‌یابد و فضای خارج از اتمسفر شروع می‌شود. اما برخی دیگر از دانشمندان اگزوسفر را جزء اتمسفر نمی‌دانند و معتقدند که ترموسفر آخرین لایه جو زمین است و اگزوسفر بخشی از فضای خارج از اتمسفر است. در هر صورت، آنچه مسلم است این است که پس از ترموسفر، لایه دیگری نیز هست که برون‌سپهر یا اگزوسفر نام گرفته است. در ادامه با جزییات بیشتری توضیح داده خواهدشد که برون‌سپهر یا اگزوسفر چیست و کجاست و چه ویژگی‌هایی دارد.

مطلب مرتبط: لایه‌های مختلف جو زمین و ترتیب و ویژگی آن‌ها

مرز اگزوسفر

عبور از اگزوسفر و  ورود به فضای خلاء خارج از آن، یک‌باره صورت نمی‌گیرد. بلکه هرچه در اگزوسفر بالاتر می‌روید، این لایه به‌تدریج رنگ می‌بازد و کم‌کم فضای خلاء آغاز می‌شود. طبق یکی از تعاریف در این خصوص، مرز نهایی اگزوسفر ۱۹۰,۰۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین است و این یعنی نیمی از فاصله زمین تا ماه. در چنین ارتفاعی، فشار پرتوهای خورشیدی بر اتم‌های هیدروژن بیش از فشار جاذبه زمین بر آن‌هاست. لذا پرتوهای فرابنفشی که توسط اتم‌های هیدروژن در نقاط مرتفع اتمسفر (یا اگزوسفر) پخش می‌شوند، نور ضعیفی تولید می‌کنند که ماهواره‌ها می‌توانند در ارتفاع ۱۰۰,۰۰۰ کیلومتری زمین آن‌ها را شناسایی کنند. این ناحیه را که پرتوهای فرابنفش در آن‌ها می‌درخشند، ژئوکرونا (geocorona) می‌نامند.

مرز بین اگزوسفر و ترموسفر، ترموپاوز (thermopause) نام دارد. پایین‌تر از اگزوسفر را گاهی اگزوبیس (exobase) نیز می‌گویند. ارتفاع مرز آغازین اگزوسفر متغیر است، یعنی بسته به عوامل مختلف، ارتفاع آن گاهی افزایش و گاهی کاهش می‌یابد.

ارتفاع ترموسفر (لایه پیش از اگزوسفر) بسته به میزان فعالیت خورشید تغییر می‌یابد

وقتی فعالیت لکه خورشیدی به حداکثر میزان خود افزایش می‌یابد (peak of the sunspot cycle)، پرتوهای ایکس و فرابنفش خورشید ترموسفر را داغ و منبسط می‌کنند. این‌گونه مواقع ارتفاع ترموپاوز (مرز ترموسفر با اگزوسفر) تا حدود ۱۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین نیز افزایش می‌یابد. اما وقتی فعالیت خورشید طی چرخه آشکار شدن لکه خورشیدی کمتر می‌شود، شدت امواج خورشیدی کاهش می‌یابد و ارتفاع ترموپاوز به حدود ۵۰۰ کیلومتری از سطح زمین کاهش می‌یابد.

ویژگی‌های اگزوسفر چیست

پایین‌تر از اگزوسفر مولکول‌ها و اتم‌های گازی پیوسته با هم برخورد می‌کنند. اما هوا در اگزوسفر چنان رقیق است که چنین برخوردهایی به‌ندرت اتفاق می‌افتند. اتم‌ها و مولکول‌های گازی در اگزوسفر در مسیرهای پرتابه‌ای یا اصطلاحا بالستیک حرکت می‌کنند. یعنی مثل توپی که پرتاب شده است، پس از مدتی در مسیر خود شیب‌ نزولی می‌گیرند تا نهایتا سقوط ‌کنند. علتش این است که اتم‌ها و مولکول‌های مذکور تحت تاثیر نیروی جاذبه زمین در مسیر خود به‌سمت زمین متمایل می‌شوند. اکثر ذرات گازی در اگزوسفر بی‌آنکه با اتم یا مولکول دیگری برخورد کنند، در چنین مسیرهای قوسی‌شکلی حرکت می‌کنند تا نهایتا در اثر جاذبه زمین به لایه‌های پایین‌تر اتمسفر سقوط می‌کنند. اما برخی از ذراتی که حرکت‌شان سریع است، به زمین بازنمی‌گردند بلکه به‌سمت فضای خلاء بالا می‌روند! هر سال بخش کوچکی از اتمسفر زمین در اثر این پدیده به فضای خلاء نشت می‌کند.

ماهواره‌ها در اگزوسفر

با این‌که اگزوسفر از نظر فنی بخشی از اتمسفر زمین است اما از بسیاری جهات بخشی از فضای بیرون اتمسفر نیز محسوب می‌شود. بسیاری از ماهواره‌ها و نیز ایستگاه فضایی بین‌المللی در اگزوسفر یا پایین‌تر از آن به دور زمین در گردش هستند. برای مثال، ارتفاع میانگین ایستگاه فضایی بین‌المللی حدود ۳۳۰ کیلومتر است. چنین ارتفاعی جزو ترموسفر و زیر اگزوسفر محسوب می‌شود. هرچند هوای ترموسفر و اگزوسفر بسیار بسیار رقیق است، هنوز آنقدری هوا دارند که در برابر ماهواره‌های این نواحی نیروی پس‌آر تولید کند. این نیروی پس‌آر سرعت ماهواره را در مدارش به‌تدریج کاهش می‌دهد. تا این‌که ماهواره نهایتا از مدارش خارج می‌شود و با ورود به لایه‌های غلیظ‌تر اتمسفر می‌سوزد. برای جلوگیری از این اتفاق، ماهواره‌ها باید از نیروی تقویتی لازم برای غلبه بر نیروِ پس‌آر در اگزوسفر و ترموسفر برخوردار باشند. ایستگاه فضایی بین‌المللی در اثر این مشکل، هر ماه حدود ۲ کیلومتر ارتفاع کم می‌کند. لذا پیوسته باید با استفاده از موتورهای موشکی خود تقویت شود تا از مدار خارج نشود.

جدول ویژگی‌های برون‌سپهر یا اگزوسفر