L'atmosphère est divisée en cinq parties: troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère et exosphère. La mésosphère est donc la couche atmosphérique qui commence à 50 km de la surface et atteint 80 km.
C'est là que se produit la plus forte baisse de température (de -10°C à la base à -90°C au sommet), due à la chute de la densité des gaz.
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Il est cependant suffisamment dense pour offrir une résistance aux corps entrant dans l'orbite terrestre. La plupart des étoiles filantes (météores) que nous voyons sont des corps célestes qui brûlent à cause du frottement avec l'air dans la mésosphère. La navette spatiale Columbia a pris feu à l'intérieur de la mésosphère à une altitude de 61 km en 2003 lors du processus de rentrée.
En raison de cette vaporisation fréquente, dans la mésosphère, on peut trouver des atomes et des ions métalliques en suspension dans cette région. La mésosphère, cependant, ne contient ni vapeur d'eau ni ozone, ce qui signifie qu'elle est constamment bombardée par les radiations émises par le soleil.
Des phénomènes curieux et peu étudiés se produisent dans la mésosphère. Dans de bonnes conditions météorologiques, des cristaux de glace se forment et peuvent être éclairés par le soleil. pendant le crépuscule formant des nuages noctulescents (ne se produit qu'en été entre les latitudes de 50 et 70º).
A la mésopause, située à 90 km au-dessus de la surface, à la limite supérieure de la mésosphère, se produit le phénomène de chimiluminescence (ou aéroluminescence). Par l'interaction des atomes ou des molécules d'oxygène avec les rayons cosmiques, il y a émission de lumière visible depuis le sol.
