De thermosfeer is het hoogste deel van de atmosfeer van de aarde. Het begint ongeveer 53 mijl boven zeeniveau en strekt zich uit tot tussen de 311 en 621 mijl. De exacte omvang van de thermosfeer varieert, omdat deze opzwelt en samentrekt op basis van het huidige niveau van zonneactiviteit. De thermosfeer heeft een extreem lage dichtheid en het temperatuurbereik van de thermosfeer is verrassend heet - tussen 932-3,632° F. Wat veroorzaakt deze extreme temperaturen?
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Verschillende thermosfeerkenmerken dragen bij aan de hoge temperatuur, met name directe zonnestraling zonder andere lagen van de atmosfeer erboven en de lage druk van deze laag.
Zonnestraling
De bron van de warmte van de thermosfeer is straling die wordt uitgezonden door de zon. De thermosfeer absorbeert veel van de straling die de aarde van de zon ontvangt, waardoor er slechts een fractie overblijft om het oppervlak daadwerkelijk te bereiken. Ultraviolette straling, zichtbaar licht en hoogenergetische gammastraling worden allemaal geabsorbeerd door de thermosfeer, waardoor de weinige aanwezige deeltjes aanzienlijk opwarmen. De temperatuur van de thermosfeer fluctueert met honderden graden tussen dag en nacht, en zelfs nog meer tussen de maximum- en minimumpunten van de zonnecyclus.
Thermosfeer luchtdruk en warmte
De extreem lage druk van de thermosfeer draagt ook bij aan de hoge temperatuur. Warmte wordt gedefinieerd door de hoeveelheid energie die de individuele moleculen van een materiaal bezitten. In een warm gas zullen de deeltjes veel sneller bewegen dan in een koud gas. Op zeeniveau zullen energetische deeltjes heel snel beginnen te botsen met andere deeltjes, waarbij ze bij elke botsing energie verliezen. Dit energieverlies koelt het gas af, tenzij er constant meer warmte wordt toegevoegd. Lage druk betekent dat er niet veel deeltjes in de buurt zijn om tegen te botsen, wat leidt tot langzamer energieverlies. Een lagedrukgas heeft dus veel minder energie nodig om te verwarmen dan een hogedrukgas.
Warmte en hoeveelheid
Hoewel de thermosfeer extreem heet is, betekent zijn lage dichtheid dat hij die energie niet efficiënt kan overbrengen naar objecten die er doorheen bewegen. Het heeft een hoog vuur, maar een lage hoeveelheid. Een kwikthermometer opgehangen in de thermosfeer zou een temperatuur onder het vriespunt aflezen, zoals: warmteverlies zou elke energie overtreffen die de verstrooide deeltjes van de thermosfeer zouden kunnen overbrengen naar de kwik. Het is qua concept vergelijkbaar met de warmte die wordt gegenereerd door een kaarsvlam, die op sommige punten in de vlam extreem heet is, maar niet in staat is objecten op meer dan enkele centimeters afstand te verwarmen. Het produceert een hoge temperatuur, maar een lage hoeveelheid warmte.
Effecten van de thermosfeer op ruimtevaart
De lage hoeveelheid van het warmtedragende medium van de thermosfeer zorgt ervoor dat objecten die er doorheen reizen niet significant worden beïnvloed door de hoge temperaturen. Satellieten, astronauten en ruimtevaartuigen ervaren de thermosfeer als een zeer koude plaats, omdat de enorme hitte van de thermosfeer niet efficiënt kan worden overgebracht naar vaste objecten. De warmte die gepaard gaat met atmosferische terugkeer wordt bijgedragen door de thermosfeer, maar dit is een effect van wrijving in plaats van de temperatuur van de atmosfeer zelf.
