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=
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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 più 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 più facilmente una atmosfera.
L'ossigeno libero è presente solamente nell'atmosfera della terra, mentre in tutte le altre atmosfere di pianeti del sistema solare studiate finora non se ne è trovata traccia. La spiegazione di questo fatto è che l'ossigeno è 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 è 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:
La ionosfera riveste una grande importanza nelle telecomunicazioni, perchè è in grado di riflettere le onde radio aiutandole a propagarsi oltre la portata visibile: sulla terra, questo fenomeno è 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.
Non tutti gli strati hanno le stesse concentrazioni di gas: ad esempio il vapore acqueo è presente quasi soltanto nella troposfera, lo strato più basso, ed è praticamente assente nella termosfera e nell'esosfera, che viceversa contengono quasi tutto l'elio e l'idrogeno, e l'ozono è contenuto in massima parte nella stratosfera, in cui costituisce un importante strato.
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: è la tropopausa, la zona di transizione fra troposfera e stratosfera.
In questo strato hanno origine le stelle cadenti, cioè 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 è 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.
La composizione chimica è ancora simile a quella media, con una predominanza di azoto e ossigeno, ma cambia sempre più 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.
Il suo aspetto è 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 è 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 più alta, al confine con la corona.Troposfera
E' la parte più bassa dell'atmosfera, quella più 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 è 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 (è 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 è però trascurabile.L'atmosfera terrestre
La Terra ha una atmosfera complessa e divisa in più strati, che in ordine di altezza sono: Troposfera, Stratosfera, Mesosfera, Termosfera, Esosfera; la sua composizione chimica media è 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).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 più 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 è 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 è tanto bassa che non è più possibile respirare senza l'uso di maschere collegate a bombole di ossigeno.Stratosfera
Al di sopra della troposfera c'è 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 è 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 più l'influsso della superficie terrestre, ed è costante a tutte le latitudini. Non ci sono più nè venti nè correnti ascensionali, nè nubi o perturbazioni: l'aria è 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 più 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 è terminato, e la temperatura dimimuisce sempre più con la quota fino a stabilizzarsi, al limite superiore della mesosfera, a circa -80ºC (mesopausa). Termosfera
Oltre la mesopausa inizia la termosfera. In questo strato i gas presenti sono tanto rarefatti che è più 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.Esosfera
La parte più 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 più 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 più 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 più 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 è lo strato più basso e più freddo. La base della cromosfera è costituita dal limite ottico della stella (la fotosfera), cioè il punto in cui il gas che la compone smette di essere trasparente alla luce. Non è 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 è 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.
