10.2.5. Атмосфера Земли
Международный союз геодезии и геофизики на своей конференции 1951 г. в Брюсселе рекомендовал для классификации структуры земной атмосферы номенклатуру, представленную на рис. 10.1.
Основой для выделения тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы являются тепловые характеристики; названия слоев, разделяющих эти области получаются путем замены основы «сфера» на слово «пауза». При классификации по химическому составу выделяются такие основные области, как гомосфера и гетеросфера. Кроме того, структура атмосферы может подразделяться по многим другим признакам, например по степени ионизации.
В последние несколько лет применение ракет, спутников и других средств изучения атмосферы привело к необычайному росту наших знаний о ее составе и протяженности. Параметры атмосферы к настоящему времени очень хорошо известны до высоты 
км; выше этой области существует газовая оболочка с малой плотностью, достигающая высоты 700 км и постепенно переходящая в межпланетную среду.
Вплоть до высоты 70 км химический состав атмосферы остается неизменным. Основные составляющие атмосферы по объему — это молекулярный азот (78%) и молекулярный кислород (21 %); оставшийся 1 % в основном занимают аргон, водяной пар, углекислый газ. Кроме того, в очень малых количествах присутствуют Другие постоянные составляющие, например неон. Близ уровня 
км в атмосфере появляется озон 
возникающий в результате
Рис. 10.1.
диссоциации молекулярного кислорода ультрафиолетовым излучением с последующим объединением атомов кислорода с кислородными молекулами.
На уровне гомопаузы (см. рис. 10.1) состав атмосферы начинает изменяться; в гетеросфере действуют процессы диффузии, перемешивания и фотодиссоциации, изменяющие состав этой области атмосферы.
В ионосфере присутствуют ионы и электроны, возникающие под действием коротковолнового излучения Солнца и космических лучей. Эта область подразделяется на несколько слоев, обозначаемых буквами 
, в порядке возрастания высоты. Ионосфера — постоянно изменяющаяся область; количество заряженных частиц в ней зависит от числа солнечных пятен, времени года, широты и перехода от дневных к ночным условиям.
Для представления связи между давлением, плотностью и температурой во всей толще атмосферы были разработаны теоретические модели, которые затем сравнивались с данными, полученными при вертикальных полетах ракет и наблюдений сопротивления атмосферы при движении искусственных спутников. В подобных моделях используется уравнение гидростатического равновесия
где g — ускорение силы тяжести на высоте 
— плотность на той же высоте, 
— давление. Это уравнение определяет изменение давления при возрастании высоты от h до 
Используя уравнение состояния идеального газа, получаем
где R — универсальная газовая постоянная, 
— средний молекулярный вес, 
— давление.
Рис. 10.2.
По мере накопления новых данных производится пересмотр таких моделей атмосферы, как модель ARDC (Службы исследований и развития ВВС США) 1956 г.
На основе изучения вариаций спутниковых орбит, вызванных сопротивлением атмосферы, Кинг-Хили [7] построил диаграмму, воспроизведенную на рис. 10.2.
Значения, приведенные на этой диаграмме, не остаются неизменными со временем, однако они указывают порядок величины плотности на различных высотах. Было также обнаружено, что существуют сезонные, суточные и широтные вариации плотности атмосферы. Основной причиной изменений плотности атмосферы на данных высоте и широте является солнечная активность.
Сточки зрения астродинамики любой спутник Земли на орбите, расположенной ниже 160 км, испытывает столь значительное сопротивление в атмосфере, что разрушается за несколько оборотов,
в то время как для спутника на орбите выше 500 км это сопротивление настолько мало, что промежуток времени от его запуска до падения на Землю измеряется годами.
