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Atmosfera

La parola Atmosfera designa l'involucro gassoso che avvolge un pianeta o in generale un corpo celeste, le cui molecole sono trattenute dalla forza di gravità del pianeta stesso. In senso lato, sta ad indicare anche una unità di misura di pressione, oppure il tipo di ambiente sociale percepito in un dato luogo.

=Atmosfera fisica=

Table of contents
1 Atmosfere planetarie
2 Atmosfere stellari

Atmosfere planetarie

Per le leggi della meccanica statistica e per l'irraggiamento solare, i gas costituenti una atmosfera planetaria subiscono una dispersione costante: a seconda della grandezza del pianeta in questione e della vicinanza alla stella intorno a cui eventualmente orbita, questo processo può assottigliare ed estinguere l'atmosfera del pianeta stesso in tempi pi o meno rapidi, ma sempre dell'ordine dei milioni di anni. L'atmosfera viene rifornita di nuovi gas dalle eruzioni vulcaniche; quindi i pianeti geologicamente attivi tendono a mantenere pi facilmente una atmosfera.

L'ossigeno libero presente solamente nell'atmosfera della terra, mentre in tutte le altre atmosfere di pianeti del sistema solare studiate finora non se ne trovata traccia. La spiegazione di questo fatto che l'ossigeno un gas estremamente reattivo, che nel tempo si combina completamente con le rocce e gli altri composti della superficie, ossidandoli e sparendo dall'atmosfera. La sua presenza sulla terra conseguenza della attività biologica dei vegetali, che lo producono in grandi quantità come sottoprodotto della fotosintesi: per questo motivo, si considera la presenza di ossigeno gassoso in quantità apprezzabili nell'atmosfera di un dato pianeta come indicatore della presenza di vita su di esso.

Si possono individuare tre grandi regioni dell'atmosfera di un pianeta:

Troposfera

E' la parte pi bassa dell'atmosfera, quella pi vicina al suolo, in cui hanno luogo la maggior parte dei fenomeni climatici (venti, nubi, precipitazioni etc.); contiene la maggior parte della massa di gas dell'intera atmosfera, fra l'80% e il 90%.

Ionosfera

E' lo strato di atmosfera in cui sono presenti ioni in grandi quantità: in pratica costituita dagli strati esterni dell'atmosfera, esposti alla radiazione solare diretta che strappa gli elettroni dagli atomi e dalle molecole. Contiene, nel suo insieme, una frazione minima della massa gassosa atmosferica, circa l'1% solamente ( estremamente rarefatta), ma ha uno spessore di alcune centinaia di chilometri e assorbe buona parte delle radiazioni ionizzanti provenienti dallo spazio: il resto viene assorbito dalla troposfera sottostante, il cui grado di ionizzazione però trascurabile.

La ionosfera riveste una grande importanza nelle telecomunicazioni, perch in grado di riflettere le onde radio aiutandole a propagarsi oltre la portata visibile: sulla terra, questo fenomeno particolarmente forte per le onde radio di frequenza compresa fra i 3 e i 30 MHz, le cosiddette onde corte. Con l'aumentare della frequenza aumenta anche il grado di ionizzazione necessario per sostenere la propagazione.

L'atmosfera terrestre

La Terra ha una atmosfera complessa e divisa in pi strati, che in ordine di altezza sono: Troposfera, Stratosfera, Mesosfera, Termosfera, Esosfera; la sua composizione chimica media la seguente: Sono anche presenti, in tracce, Ossidi di azoto (NO, NO2; N2O), Monossido di carbonio (CO), Ammoniaca (NH3), Biossido di zolfo (SO2), Solfuro di idrogeno (H2S).

Non tutti gli strati hanno le stesse concentrazioni di gas: ad esempio il vapore acqueo presente quasi soltanto nella troposfera, lo strato pi basso, ed praticamente assente nella termosfera e nell'esosfera, che viceversa contengono quasi tutto l'elio e l'idrogeno, e l'ozono contenuto in massima parte nella stratosfera, in cui costituisce un importante strato.

Troposfera

E' lo strato in cui si verificano quasi tutti i fenomeni meteorologici e contiene l'80% della massa gassosa totale e il 99% del vapore acqueo: la superficie terrestre, riscaldata dal sole, scalda l'aria degli strati pi bassi che tende a salire, generando delle grandi correnti convettive che generano venti equatoriali costanti (gli alisei) e perturbazioni atmosferiche. Ha uno spessore variabile a seconda della latitudine: ai poli la troposfera spessa solamente 8 Km mentre raggiunge i 18 Km all'equatore. La pressione atmosferica decresce con l'altitudine secondo una legge esponenziale; oltre i 7-8Km di quota la pressione tanto bassa che non pi possibile respirare senza l'uso di maschere collegate a bombole di ossigeno.

Salendo in quota, oltre alla pressione, decrescono anche la temperatura e il contenuto di vapore acqueo dell'aria. Ad un certo punto la temperatura si stabilizza a -60ºC circa: la tropopausa, la zona di transizione fra troposfera e stratosfera.

Stratosfera

Al di sopra della troposfera c' la stratosfera: in questa zona di atmosfera esistono ancora alcuni rari fenomeni meteorologici e certi particolari tipi di nubi (cirri). Ma soprattutto ospita lo strato di ozono che assorbe la radiazione ultravioletta impedendogli di raggiungere la superficie terrestre: qui presente il 90% di tutto l'ozono atmosferico, che si concentra ad una quota compresa fra i 20 e i 30 Km. Grazie a quest'opera di cattura, l'ozono riscalda la stratosfera, la cui temperatura infatti aumenta con la quota passando dai -60ºC della tropopausa a circa 0ºC al confine superiore della stratosfera (50 Km, stratopausa).

Mesosfera

In questa zona, che va dai 50 agli 80 Km di quota, l'atmosfera non subisce pi l'influsso della superficie terrestre, ed costante a tutte le latitudini. Non ci sono pi n venti n correnti ascensionali, n nubi o perturbazioni: l'aria completamente calma. In queste condizioni, i gas si stratificano per diffusione, e la composizione chimica media dell'aria inizia a variare man mano che si sale. L'anidride carbonica scompare rapidamente e il vapore acqueo ancora pi in fretta, e anche la percentuale di ossigeno inizia a diminuire con la quota. Aumentano le percentuali di gas leggeri come elio e idrogeno. L'effetto riscaldante dell'ozono terminato, e la temperatura dimimuisce sempre pi con la quota fino a stabilizzarsi, al limite superiore della mesosfera, a circa -80ºC (mesopausa).

In questo strato hanno origine le stelle cadenti, cio i piccoli meteoriti che non riescono a raggiungere la superficie terrestre e bruciano prima di raggiungere la terra, lasciando scie luminose. Oltre la mesopausa, alla quota di circa 100 Km, l'aria tanto rarefatta da non opporre una resistenza tangibile al moto dei corpi, e diventa possibile muoversi con il moto orbitale. Per questo motivo, in astronautica la mesopausa viene considerata il confine con lo spazio.

Termosfera

Oltre la mesopausa inizia la termosfera. In questo strato i gas presenti sono tanto rarefatti che pi opportuno parlare di atomi e molecole, che ricevono quasi interamente la radiazione solare diretta e sono quindi in prevalenza allo stato ionizzato (insieme agli strati superiori della mesosfera, la termosfera costituisce la ionosfera terrestre). La temperatura in questo strato sale con l'altitudine, per l'irraggiamento solare, ed arriva ai 1700ºC al suo limite esterno. Al confine fra mesopausa e termosfera hanno luogo le aurore boreali.

La composizione chimica ancora simile a quella media, con una predominanza di azoto e ossigeno, ma cambia sempre pi con l'altitudine. A circa 550 Km di quota, questi due gas cessano di essere i componenti principali dell'atmosfera, e vengono spodestati da elio e idrogeno.

Esosfera

La parte pi esterna della atmosfera terrestre, dove la composizione chimica cambia radicalmente. L'esosfera non ha un vero limite superiore, arrivando a comprendere anche le fasce di Van Allen. I suoi costituenti, come già detto, sono per lo pi idrogeno ed elio, in maggioranza particelle del vento solare catturate dalla magnetosfera terrestre.

Atmosfere stellari

Anche gli strati esterni di una stella sono formati di gas, per quanto estremamente caldo e per lo pi sotto forma di plasma. La composizione di questi strati gassosi varia con il tipo e l'età della stella, ma si tratta in massima parte di idrogeno, con una percentuale minoritaria di elio. Gli eventuali elementi pi pesanti, come l'ossigeno, il boro, il carbonio ecc. sono presenti in piccole percentuali o in tracce, e restano in massima parte sepolti negli strati interni della stella stessa.

Cromosfera

La cromosfera lo strato pi basso e pi freddo. La base della cromosfera costituita dal limite ottico della stella (la fotosfera), cio il punto in cui il gas che la compone smette di essere trasparente alla luce. Non visibile direttamente, a causa dell'estrema luminosità della fotosfera sottostante, ma si può vedere durante le eclissi o con speciali strumenti, i coronografi, che filtrano la luce solare lasciando passare solo la lunghezza d'onda alfa dell'idrogeno. La cromosfera anche sede di intense eruzioni, in corrispondenza al comparire di macchie solari nella fotosfera, che liberano una energia pari a circa 1021 Joule sotto forma di luce, raggi ultravioletti, raggi gamma e onde radio.

Il suo aspetto quello di una prateria in fiamme: si vede una serie infinita di lingue di fuoco dette spicole, che ondeggiano incessanti e si estendono verso l'alto per circa 7000 Km. Nella sua parte bassa, la temperatura inferiore a quella della fotosfera sottostante, ma dai 500 Km di quota in su comincia a salire, fino a raggiungere e superare il milione di gradi nella parte pi alta, al confine con la corona.

Corona

La corona composta di gas estremamente rarefatto, qualche microgrammo per metro cubo, e caldissimo: la temperatura dei gas coronali può andare da uno a ad alcuni milioni di gradi. Il motivo di una temperatura tanto alta tuttora sconosciuto, anche se probabilmente celato nell'interazione dei campi magnetici solari con il gas, che in queste condizioni completamente ionizzato e in forma di plasma.

Si estende dal limite della cromosfera fino allo spazio esterno, e la sua forma risente del campo magnetico solare e di quello, molto intenso, delle macchie solari: sferica e molto estesa nei periodi di alta attività del sole e si restringe in modo irregolare nei periodi di sole calmo (niente macchie solari). Come la cromosfera, non possibile vederla direttamente, ma bisogna attendere una eclissi o usare degli strumenti particolari: quando visibile, ha una luminosità circa uguale a quella della luna piena.

Data la sua enorme temperatura, la corona perde continuamente materia, che si disperde nello spazio esterno dando origine al vento solare. Anche nella corona l'effetto delle macchie solari provoca eruzioni, le cosiddette protuberanze, getti di gas e materia verticalmente alla superficie della stella che si estendono per centinaia di migliaia di Km.

=Atmosfera come unità di misura= La pressione atmosferica sulla superficie terrestre stata presa a lungo come unità di misura della pressione, con nome appunto di Atmosfera e valore di 1,033 grammi per centimetro quadrato, per la facilità con cui poteva essere misurata e usata come riferimento: essa era definita come la pressione atmosferica al livello del mare, a 0ºC di temperatura e a 45º di latitudine. Tuttavia nel determinare la pressione atmosferica, oltre alla temperatura, gioca un ruolo anche il grado di umidità relativa dell'aria stessa; perciò nel sistema internazionale alla pressione atmosferica stata sostituita una diversa unità di misura, il Pascal (Pa).


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