เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) เป็นหนึ่งในชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลก อยู่เหนือชั้น เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) และอยู่ต่ำกว่าชั้น เอกโซสเฟียร์ (Exosphere) ชื่อเทอร์โมสเฟียร์มาจากภาษากรีก “thermos” ที่แปลว่า “ความร้อน” เนื่องจากอุณหภูมิในชั้นนี้สามารถพุ่งสูงขึ้นได้ถึงประมาณ 2,500 องศาเซลเซียส (4,532 องศาฟาเรนไฮต์) หรือมากกว่านั้น อย่างไรก็ตาม การวัดอุณหภูมิในชั้นนี้ แตกต่างจากชั้นบรรยากาศที่อยู่ต่ำลงมา เนื่องจากความหนาแน่นของโมเลกุลในชั้นนี้ต่ำมาก การถ่ายเทความร้อนจึงเกิดขึ้นได้น้อย ในบทความนี้ ผู้เขียนจะอธิบายถึงลักษณะเฉพาะของเทอร์โมสเฟียร์ รวมถึงบทบาทในระบบบรรยากาศของโลก ปฏิสัมพันธ์กับรังสีดวงอาทิตย์ ความสำคัญต่อการปฏิบัติการของดาวเทียม และความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของชั้นบรรยากาศนี้

เพิ่มเติม : บรรยากาศ (Atmosphere)

โครงสร้างในชั้นบรรยากาศ

เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) มีความสูงตั้งแต่ประมาณ 80 กิโลเมตร จากพื้นผิวโลก ไปจนถึงประมาณ 600 กิโลเมตร แม้ขอบเขตของมันจะไม่ชัดเจนนัก ขอบล่างของเทอร์โมสเฟียร์เรียกว่า เมโซพอส (Mesopause) ซึ่งเป็นจุดที่เย็นที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลก และเป็นจุดเปลี่ยนที่อุณหภูมิหยุดลดลงตามความสูงและเริ่มเพิ่มขึ้น

ขอบบนของเทอร์โมสเฟียร์ไม่มีขอบเขตที่แน่นอน แต่ค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไปเป็นชั้น เอกโซสเฟียร์ ซึ่งอนุภาคในชั้นบรรยากาศค่อยๆ หลุดออกไปในอวกาศ เนื่องจากระดับความสูงของมัน เทอร์โมสเฟียร์ จึงรวมถึง ไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere) ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยไอออนและอิเล็กตรอนอิสระที่เกิดจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างรังสีดวงอาทิตย์กับก๊าซในชั้นบรรยากาศ

อุณหภูมิและพลวัตทางความร้อน

คุณลักษณะเด่นของ เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) คืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ต่างจาก โทรโพสเฟียร์ (Troposphere) และ สตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) ซึ่งอุณหภูมิลดลงหรือคงที่ตามความสูง ในเทอร์โมสเฟียร์ อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเนื่องจากการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) และ รังสีเอกซ์ (X-ray) จากดวงอาทิตย์

เมื่อรังสีดวงอาทิตย์ชนกับโมเลกุลในชั้นบรรยากาศ จะทำให้โมเลกุลตื่นตัวและมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น แม้อุณหภูมิที่วัดได้จะสูงมาก แต่ถ้ามนุษย์อยู่ในเทอร์โมสเฟียร์จะไม่ “รู้สึกร้อน” เพราะความหนาแน่นของอนุภาคในชั้นนี้ต่ำมากจนการถ่ายเทความร้อนเกิดได้น้อย

องค์ประกอบและความหนาแน่น

เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) ประกอบด้วยก๊าซน้ำหนักเบา เช่น ออกซิเจนอะตอม (O) ฮีเลียม (He) และไฮโดรเจน (H) ความเข้มข้นของโมเลกุลลดลงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลตามระดับความสูง ทำให้ความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศในชั้นนี้ต่ำมาก น้อยกว่าหนึ่งล้านเท่าของความหนาแน่นที่ระดับน้ำทะเล

ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งขององค์ประกอบในเทอร์โมสเฟียร์คือการมีอยู่ของ ออกซิเจนอะตอม (Atomic Oxygen) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ออกซิเจนอะตอมเป็นอะตอมเดี่ยวของออกซิเจน แตกต่างจากออกซิเจนสองอะตอม (O2) ที่พบในชั้นบรรยากาศล่าง มันมีปฏิกิริยาสูงและมีความสำคัญต่อกระบวนการไดนามิกของชั้นนี้

บทบาทของไอโอโนสเฟียร์

ไอโอโนสเฟียร์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทอร์โมสเฟียร์ เป็นชั้นที่มี ไอออนไนซ์ (Ionization) อย่างมาก รังสีดวงอาทิตย์ทำให้อิเล็กตรอนแยกตัวออกจากก๊าซในชั้นบรรยากาศ ก่อให้เกิดส่วนผสมของไอออนและอิเล็กตรอนอิสระ กระบวนการไอออนไนซ์นี้ มีผลกระทบอย่างมากต่อการส่งสัญญาณวิทยุ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลก (GPS)

ไอโอโนสเฟียร์แบ่งออกเป็นหลายชั้น ได้แก่ ชั้น D E และ F ซึ่งแตกต่างกันไปตามระดับความสูงและความหนาแน่นของอนุภาคไอออนไนซ์ โดยเฉพาะชั้น F ซึ่งอยู่ในส่วนบนของเทอร์โมสเฟียร์ มีความสำคัญสำหรับการสื่อสารวิทยุความถี่สูง (HF) เนื่องจากสามารถสะท้อนคลื่นวิทยุกลับมายังโลก ทำให้สามารถสื่อสารได้ระยะไกล

ปฏิสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์และสนามแม่เหล็กโลก

เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) มีความเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามกิจกรรมของดวงอาทิตย์และสนามแม่เหล็กโลก ในช่วงที่มีกิจกรรมดวงอาทิตย์สูง เช่น การเกิดพายุสุริยะ (Solar Flares) และ การปลดปล่อยมวลโคโรนา (Coronal Mass Ejections) เทอร์โมสเฟียร์จะเกิดการขยายตัวเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความร้อน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Thermospheric Inflation ซึ่งส่งผลต่อดาวเทียมในวงโคจรระดับต่ำ (LEO) ทำให้แรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นและดาวเทียมสูญเสียวงโคจรเร็วขึ้น

นอกจากนี้ เทอร์โมสเฟียร์ยังมีบทบาทสำคัญในกิจกรรมแสงออโรรา (Aurora) เมื่ออนุภาคมีประจุจากดวงอาทิตย์ชนกับอะตอมในเทอร์โมสเฟียร์ จะเกิดการปลดปล่อยแสง ซึ่งสร้างปรากฏการณ์ แสงเหนือ (Aurora Borealis) และ แสงใต้ (Aurora Australis) ที่สวยงาม

ดาวเทียมและกิจกรรมของมนุษย์

เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) เป็นพื้นที่ที่มีการใช้งานดาวเทียมหลายประเภท รวมถึง สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) และเทคโนโลยีในอวกาศอื่นๆ ความหนาแน่นต่ำของเทอร์โมสเฟียร์ช่วยลดแรงต้าน ทำให้เหมาะสำหรับการปฏิบัติการในวงโคจรนี้ อย่างไรก็ตาม ความเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นของชั้นนี้จากกิจกรรมดวงอาทิตย์ สามารถสร้างความท้าทายต่อการติดตามและบำรุงรักษาวงโคจรของดาวเทียมได้

ยิ่งไปกว่านั้น ออกซิเจนอะตอมในเทอร์โมสเฟียร์ แม้จะมีความหนาแน่นต่ำ แต่ก็สามารถกัดกร่อนวัสดุของดาวเทียมได้เมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้น ดาวเทียมและยานอวกาศที่ปฏิบัติการในชั้นนี้จำเป็นต้องใช้วัสดุและสารเคลือบพิเศษเพื่อป้องกันความเสียหาย

การวิจัย

การศึกษา เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาความรู้ในหลายสาขาวิชา เช่น วิทยาศาสตร์บรรยากาศ อุตุนิยมวิทยาอวกาศ และธรณีฟิสิกส์ นักวิจัยศึกษาชั้นบรรยากาศนี้ เพื่อปรับปรุงแบบจำลองแรงต้านของชั้นบรรยากาศ เพิ่มประสิทธิภาพในการนำทางดาวเทียม และคาดการณ์ กิจกรรมอวกาศที่อาจรบกวนระบบสื่อสารและโครงข่ายพลังงานบนโลกหนึ่งในหัวข้อการวิจัยที่สำคัญคือ การเชื่อมต่อระหว่างเทอร์โมสเฟียร์กับชั้นบรรยากาศอื่นๆ เทอร์โมสเฟียร์มีปฏิสัมพันธ์กับเมโซสเฟียร์ด้านล่างและเอกโซสเฟียร์ด้านบน โดยมีการแลกเปลี่ยนพลังงานและอนุภาค การศึกษาปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ช่วยให้เข้าใจระบบบรรยากาศโลกในภาพรวมได้ดีขึ้น

ผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศ

แม้ว่า เทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) จะไม่ส่งผลโดยตรงต่อสภาพอากาศหรือภูมิอากาศบนพื้นผิวโลก แต่เป็นส่วนสำคัญของระบบบรรยากาศโลก การเปลี่ยนแปลงในสภาพของเทอร์โมสเฟียร์สามารถส่งผลต่อการปฏิบัติการของดาวเทียมและระบบสื่อสารที่มีบทบาทสำคัญในการติดตามและลดผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ในขณะที่การสำรวจอวกาศก้าวหน้า เทอร์โมสเฟียร์จะมีบทบาทสำคัญในการสนับสนุนภารกิจไปยังดวงจันทร์ ดาวอังคาร และเป้าหมายอื่นๆ การเข้าใจพฤติกรรมของเทอร์โมสเฟียร์ช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความสำเร็จของภารกิจเหล่านี้

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth