Was verhindert, dass die Atmosphäre in den Weltraum gelangt?

Answer 1

Schwere. Diese Frage wurde bereits so beantwortet: „Wenn Sie ein Rohr hätten, das vom Ozean in den Weltraum führt, könnten Sie den Ozean aufsaugen.“

Die Antwort ist nein. Die Atmosphäre wird, genau wie die Ozeane und Pudel, durch die Schwerkraft festgehalten. Hier unten ist die Luft auch unter einer 60 Meilen (100 km) darüber liegenden Atmosphäre eingeschlossen, die etwa 14,5 Pfund pro Quadratzoll (nicht ganz ein kg/cm²) wiegt.

Mit zunehmender Höhe wird die Luft dünner, da oben weniger Luft vorhanden ist, die sie nach unten drücken könnte. Es endet nie genau, sondern wird nur dünner, bis es nicht mehr erkennbar ist.

Oberhalb von 85 Kilometern (53 Meilen) interagiert die Atmosphäre direkt mit dem Sonnenwind und kann sich tagsüber auf bis zu 2.500 °C (4.530 °F) erwärmen. Da die Luft so verdünnt ist, würden Sie dies jedoch nicht spüren. Wenn Sie in dieser Höhe Ihre Hand ausstrecken könnten, würden zu wenige Atome Sie berühren, um spürbare Energie zu erzeugen.

Aber weil die einzelnen Atome und Moleküle so energiereich sind und mit dem Sonnenwind interagieren können, werden einige davon abgestreift, wobei die Kraft des Sonnenwinds die Schwerkraft überwindet. Es überrascht nicht, dass dies hauptsächlich bei Wasserstoff und Helium der Fall ist, obwohl schwerere Atome in geringeren Mengen abgespalten werden.

Answer 2

Schwerkraft und Kollisionen mit anderen Molekülen.

http://faculty.washington.edu/dcatling/Catling2009_SciAm.pdf

Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde an ihrer Oberfläche beträgt 11,19 km/s. Gasmoleküle bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die durch ihr Molekulargewicht und ihre Temperatur bestimmt wird. Es gibt eine Verteilung der Geschwindigkeiten, und nur sehr wenige erreichen die Geschwindigkeit, die zum Verlassen der Erde erforderlich ist. Sehr, sehr wenige davon treten in einer Dichte auf, bei der ihre mittlere freie Weglänge es ihnen ermöglicht, tatsächlich zu entkommen.

Kinetische Temperatur

Luft hat bei 288 K eine Vp = 0,4 km/s. Bei niedrigeren Temperaturen ist die Geschwindigkeit geringer. Wasserstoff hat bei 288 K einen Vp=1,55 km/sek. Es entweichen verschwindend geringe Mengen Gas.

Ich habe in den letzten Tagen darüber nachgedacht und mich über die Temperatur- und Druckabfallraten gewundert.

Ein Molekül, das sich gerade nach oben bewegt, verlangsamt sich pro Sekunde um 9,81 m/s.

Erwägen Sie, die unter Beschleunigung zurückgelegte Strecke in Startgeschwindigkeit umzuschreiben.

D=(1/2)*V^2 / g0

Und Vp eines Moleküls an der Oberfläche beträgt 407 m/s bei 288,19 K, wenn es direkt nach oben geht. Bei 8,44 km erreicht es die Vertikalgeschwindigkeit Null und beginnt wieder nach unten zu fallen.

Bedenken Sie nun, dass der Luftdruck auf Meereshöhe 101.325 Pascal beträgt. Das wird von 10.330 kg Luft oben erzeugt. Jetzt nimmt die Dichte mit der Höhe ab, dividiert aber trotzdem durch die Oberflächendichte der Luft auf Meereshöhe. Was bekommst du? 8,44 km!

Ist das ein Zufall? Nein. Das ist das Gewicht der gesamten Luft über dieser Stelle.

Natürlich kollidieren Atome, aber die Energie bleibt erhalten!

Atome prallen ineinander und ihre seitliche Energie ändert sich nicht, ihre vertikale Energie jedoch schon!

Die Energiemenge nimmt mit der Höhe ab. Zumindest in der Troposphäre, wo Schwerkraft und Oberflächenbedingungen dominieren.

Druck, Temperatur und Dichte werden stark vom Energieverlust mit der Höhe beeinflusst.

Oberhalb von 8 km dominieren andere Effekte.

Dies bedeutet, dass die Temperaturen in der Troposphäre sinken.

Auch die Anzahl der Atome, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in dieser Höhe und Temperatur bewegen, ändert sich, was die Dichte ergibt.

Die Zustandsgleichung liefert uns den Druck unter Kenntnis von Temperatur und Dichte.

PV=nRT

Diese Überlegungen stimmen mit der Standard-Atmosphärenformel überein.

15,04 °C = 288,19 K