Thermosphären-Druck: Extremes Vakuum am Rand des Weltraums

Die Thermosphäre erstreckt sich von der Mesopause (~85 km / 53 Meilen) bis zur Exobase (~500–1000 km / 310–620 Meilen), überlappend mit der Ionosphäre. Sie ist gekennzeichnet durch extrem niedrigen Druck und hohe Temperaturen (500–2000 °C) aufgrund der Absorption von solarem EUV/UV durch Restgase.

Druckprofil

• In der Mesopause (85 km): ~0,01–0,1 Pa (10⁻⁷–10⁻⁶ mbar; ~10⁻¹⁰–10⁻⁹ atm)
• In 200 km: ~10⁻⁴–10⁻³ Pa
• In 400 km (ISS-Orbit): ~10⁻⁶–10⁻⁵ Pa (~10⁻¹¹–10⁻¹⁰ atm)
• In der Exobase (~500–600 km): ~10⁻⁷–10⁻⁸ Pa

Zum Vergleich: Normaler Meeresspiegeldruck = 101.325 Pa. Der Thermosphärendruck ist 10–15 Größenordnungen niedriger – effektiv ein Vakuum für die meisten Ingenieurzwecke.

Temperaturparadoxon

• Kinetische Temperatur: 500–2000 °C (molekulare Translationsenergie)
• Wärmegehalt: Vernachlässigbar – extrem niedrige Partikeldichte (~10⁹–10¹² Moleküle/m³ in 400 km vs. 2,5×10²⁵ auf Meereshöhe)
• Thermometer-Anzeige: Würde sehr kalt anzeigen (Strahlungswärmeverlust übersteigt molekulare Kollisionsheizung)

Zusammensetzung

• Atomischer Sauerstoff (O) dominant über 200 km
• Molekulärer Stickstoff (N₂), Helium (He), Wasserstoff (H) in niedrigeren Höhen
• Ionisierte Spezies (O⁺, NO⁺, O₂⁺) im Ionosphärenüberlapp

Praktische Implikationen

• Satellitenzug: Primärer Orbitverfallsmechanismus für LEO-Satelliten (ISS erhöht regelmäßig die Bahn)
• Funkausbreitung: Ionosphärische Reflektion/Brechung (HF-Kommunikation, GPS-Skintillation)
• Raumschiffthermisches Design: Strahlenkühlung dominiert; kein konvektiver Wärmetransfer
• Wiedereintritt: Aerodynamische Erwärmung beginnt ~120 km (Mesosphäre/Thermosphäre-Grenze)

Messung

Massenspektrometer auf Satelliten (z. B. TIMED/SABER, CHAMP, GRACE, Swarm) und inkohärente Streuradare liefern empirische Modelle (NRLMSISE-00, JB2008, DTM2020).