대류권, 성층권, 중간권, 열권의 특성 3 - 중간권과 열권

<우주왕복선 엔데버 호가 성층권(stratosphere)과 중간권(mesosphere)을 가로지르고 있다. 주황색은 대류권, (출처 : 위키피디아)>

<대류권, 중간권, 성층권, 열권의 구조>

<오로라 (출처 : NASA Johnson space center)>

(성층권에 관한 지난 포스팅)

대류권, 성층권, 중간권, 열권의 특성 2 - 성층권

(대류권에 관한 지난 포스팅)

대류권, 성층권, 중간권, 열권의 특성 1 - 대류권

  1. 중간권

 

중간권에서는 고도가 상승할 수록 온도가 다시 하강하는 영역이다. 중간권에서 다시 고도에따라 기온이 하강하는 이유는 이 고도에 해당하는 대기를 가열할 수 있는 열원이 존재하지 않기 때문이다. 지면에서는 너무 멀어 당연히 가열될 수 없고, 파장이 굉장히 짧고, 에너지가 높은 태양복사에너지는 열권에서 거의 모두 흡수하기 때문에 중간권을 가열할 만한 무언가는 존재하지 않는다. 때문에 고도가 상승함에 따라 온도가 급격히 낮아진다. 중간권계면인 고도 80km에서 온도는 영하 100도까지도 떨어진다고 한다. 성층권계면의 온도가 0~10도 정도임을 생각하면, 대류가 발생할 수 있는 기온분포인 셈이다. 따라서 대류는 발생할 수 있다. 그러나 수증기가 없기 때문에 특별한 기상현상은 존재하지 않는다.

 

실질적으로 대기의 밀도가 증가하기 시작하는 구간은 중간권이다. 후술하겠지만 열권은 대기라고 말하기도 챙피할 정도로 밀도가 낮다. 때문에 우주에서 날아오는 물질은 중간권에서부터 타기 시작한다. 보통 지상에서 관측되는 별똥별, 다시말해 유성우는 거의 대부분 중간권에서 발생하는 것이다.

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  2. 열권

대기 중에서 가장 뜨거운 곳이다. 중간권계면 이후로 온도가 다시 상승하게 되는데, 굉장히 밀도가 낮은 입자들이 파장이 매우 짧고 에너지가 높은 태양복사에너지를 모조리 흡수하기 때문이다. 상층에있는 입자가 더 짧은 파장의 태양복사를 먼저 흡수하기 때문에 고도가 높을 수록 기온이 높은 것이다. 이렇듯 짧은 파장의 태양복사가 열원이니 만큼 열권의 온도는 태양활동에 따라 크게 달라진다. 태양활동이 활발할 때에는 심지어 2000도 까지 상승하는 경우도 있다고 한다. 반대로 태양빛을 받지 못하는 밤에는 중간권과 온도가 별 차이가 안난다. 어찌되었든, 한 낮에 태양활동이 활발할 때에 열권의 온도가 1000도까지 상승했다고 생각해보자. 이 때 열권에 있으면 홀라당 타 버릴까? 절대 그렇지 않다. 아마 오히려 얼어버릴지도 모른다. 이는 공기분자가 굉장히 희박하기 때문이다. 그래서 일반적으로 쓰는 온도계를 들고 열권의 온도를 측정하면 영하 80도 수준을 찍을지 모른다. 그럼에도 열권의 온도가 높다고 하는건, 온도계를 이용한 측정이 아닌 분자의 운동속도를 바탕으로 계산된 온도이기 때문이다. 즉, 우리가 일반적으로 생각하는 열을 나타내는 온도라기 보다 운동속도를 나타내는 온도라고 생각하면 된다.

 

밀도 자체가 굉장히 희박하여, 공기 입자들 간 충돌할 일이 거의 없다. 이는 공기 입자가 원자로 존재할 가능성이 있을 수 있다는 소리이며 실제로 그렇다. 또한 입자들간 충돌이 발생하기 어려워 자기들끼리 부딪히지 않고 자유롭게 운동할 수 있다. 그래서 무거운 아이들은 운동속도가 낮아 지구 중력을 탈출하지 못하고 아래로 내려가고, 가벼운 아이들은 운동속도가 높아 위로 올라간다. 공기 분자(또는 원자)가 질량에 따라 분리된다는 소리이다.

 

이렇게 분리될 수 있는 경계는 보통 100km 내외로 보며, 100km 이상을 비균질 대기, 100km 이하를 균질대기라 한다. 100km 이상에서는 고도에 따라 분자 및 원자의 종류 및 조성이 달라지며, 고도가 높을 수록 가벼운 입자가 분포하게 된다. 100km 이하에서는 어느 대기에서나 조성이 비슷하다. 그 이유는 앞서 이야기 한 질량에 따른 분리 때문이다.

 

오로라가 관측되는 곳도 열권이고, 전리층(지구 통신에 매우 중요한)이 존재하는곳도 열권이다. 국제 우주정거장이 궤도를 돌 고 있는 곳도 열권이다. 

 

열권계면은 대략 500~1000km 정도로 정의한다.  

열 권계면을 벗어나면 외기권이 되고, 대기는 점점희미해져간다. 여기서 부터가 보통 우리가 말하는 우주가 된다.