¿Qué es la exosfera?
La exosfera es la capa más externa de la atmósfera de un planeta o de un satélite, constituyendo el límite superior o frontera con el espacio exterior, pues los gases que la conforman se dispersan poco a poco hasta que su composición es parecida a la del espacio. En la Tierra, esta capa se extiende por encima de la termosfera (o ionosfera), desde los 650 km de altura sobre la superficie terrestre.
La exosfera terrestre tiene unos 10.000 km de espesor y está constituida por gases muy diferentes a los que constituyen el aire que se respira en la Tierra.
En la exosfera, tanto la densidad de moléculas gaseosas como la presión son mínimas, mientras que la temperatura es alta y permanece constante. En esta capa los gases se dispersan escapando hacia el espacio exterior.
Características de la exosfera
- La exosfera constituye la capa de transición entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.
- La exosfera se extiende desde aproximadamente 650 a 1.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. Es la capa más alta de la atmósfera.
- Tiene una densidad extremadamente baja en comparación con las capas inferiores de la atmósfera. La concentración de partículas y moléculas en esta región es tan baja que se considera casi un vacío.
- Su composición atmosférica está hecha principalmente por átomos y moléculas ligeras, como hidrógeno y helio. También pueden encontrarse trazas de otras partículas, como oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno.
- Las partículas en esta capa tienen velocidades muy altas, gracias a la baja densidad. Algunas de ellas tienen suficiente energía para escapar de la gravedad terrestre y ser expulsadas al espacio, especialmente los átomos más ligeros, como el hidrógeno y el helio.
- Es la región donde la radiación solar interactúa directamente con la atmósfera superior. Los fotones de alta energía del Sol pueden ionizar los átomos y moléculas presentes en esta capa, lo que lleva a la formación de iones y plasma.
- No tiene un límite definido en la parte superior, ya que se funde gradualmente con el espacio exterior. Sin embargo, se considera que el límite inferior de la exosfera se encuentra en la línea de Kármán, a una altitud de aproximadamente 100 kilómetros sobre la superficie de la Tierra.
- El estado físico de la exosfera es el plasma, definido como el cuarto estado de agregación o estado físico de la materia.
Composición química de la exosfera
La composición de la atmósfera varía con la altitud o distancia a la superficie de la Tierra. La composición, el estado de mezclado y el grado de ionización, son factores determinantes para distinguir la estructura vertical en las capas de la atmósfera.
En la exosfera, la mezcla de los gases está restringida por el gradiente de temperatura. La mezcla de gases por efecto de la turbulencia es prácticamente nula, y sus componentes gaseosos se separan rápidamente por difusión. Por encima de los 600 km de altitud, los átomos individuales pueden escaparse de la fuerza de atracción gravitacional terrestre.
La exosfera contiene concentraciones bajas de gases livianos, como hidrógeno y helio. Estos gases están muy dispersos en esta capa, con espacios vacíos muy grandes entre ellos.
La exosfera tiene también en su composición otros gases menos livianos, como nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO₂), pero estos están situados cerca de la exobase o baropausa (zona de la exosfera que limita con la termosfera o ionosfera).
Velocidad molecular de escape de la exosfera
En la exosfera las densidades moleculares son muy bajas, es decir, hay muy pocas moléculas por unidad de volumen, y la mayor parte de este volumen es espacio vacío.
Debido justamente a que hay enormes espacios vacíos, los átomos y moléculas pueden trasladarse a grandes distancias sin chocar entre sí. Las probabilidades de choque entre moléculas son muy pequeñas, prácticamente nulas.
En tal ausencia de colisiones, los átomos de hidrógeno (H) y de helio (He), más livianos y veloces, pueden alcanzar velocidades tales que les permiten escapar del campo de atracción gravitacional del planeta y salir de la exosfera hacia el espacio interplanetario.
El escape al espacio de átomos de hidrógeno desde la exosfera (calculado en unas 25.000 toneladas por año), ha contribuido con seguridad a que ocurran cambios importantes en la composición química de la atmósfera durante toda la evolución geológica.
El resto de las moléculas en la exosfera, aparte del hidrógeno y del helio, tienen bajas velocidades promedio y no alcanzan su velocidad de escape. Para estas moléculas, la tasa de escape al espacio exterior es baja, y el escape ocurre muy lentamente.
Temperatura de la exosfera
En la exosfera el concepto de temperatura como medida de la energía interna de un sistema, es decir, de la energía del movimiento molecular, pierde significado, ya que hay muy pocas moléculas y mucho espacio vacío.
Los estudios científicos reportan variaciones drásticas, pudiendo oscilar entre varios cientos de grados Celsius negativos hasta alrededor de 1.770° C.
Funciones de la exosfera
- Es la primera defensa de la Tierra frente a los rayos solares.
- Protege de los meteoros, rayos cósmicos y asteroides.
- Contiene la expansión de la termosfera, que se expande cuando se expone a la radiación solar. La exosfera, al contener a la termosfera, hace que la atmósfera terrestre funcione correctamente.
- Es la capa donde se colocan en órbita los satélites, pues en ella hay poca fricción y estos pueden orbitar fácilmente.
Referencias
- Brasseur, G. and Jacob, D. Modeling of Atmospheric Chemistry. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hargreaves, J.K. The solar-terrestrial environment. Cambridge: Cambridge University Press.