Se localiza por encima de la termosfera, entre los 500 y 10.000 kilómetros de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío. Es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. En esta capa la temperatura no varía y el aire pierde sus cualidades físico–químicas.
Su límite inferior se localiza a una altitud generalmente de 500 km, aproximadamente. Su límite con el espacio llega en promedio a los 10 000 km por lo que la exosfera está contenida en la magnetosfera (representa el campo magnético de la tierra) (500-60 000 km). En esa región, hay un alto contenido de polvo cósmico que cae sobre la Tierra. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario y en ella se pueden encontrar satélites meteorológicos de órbita polar.
En la exosfera, el concepto popular de temperatura desaparece, ya que la densidad del aire es casi despreciable; además contiene un flujo o bien llamado plasma, que es el que desde el exterior se le ve como los Cinturones de Van Allen. Aquí es el único lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. En la exosfera también se encuentran los satélites artificiales.
Está constituida por materia plasmática. En ella la ionización de las moléculas determina que la atracción del campo magnético terrestre sea mayor que la del gravitatorio (de ahí que también se la denomina magnetosfera).
Por lo tanto, las moléculas de los gases más ligeros poseen una velocidad media que les permite escapar hacia el espacio interplanetario sin que la fuerza gravitatoria de la Tierra sea suficiente para retenerlas.
Los gases que así se difunden en el vacío representan una pequeñísima parte de la atmósfera terrestre.
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