Aici, pe Pământ, avem tendința să ne luăm atmosfera de la bun sfârșit și nu fără motiv. Atmosfera noastră are un amestec minunat de azot și oxigen (respectiv 78% și 21%) cu cantități de vapori de apă, dioxid de carbon și alte molecule gazoase. Ba mai mult, ne bucurăm de o presiune atmosferică de 101.325 kPa, care se extinde până la o altitudine de aproximativ 8,5 km.
Pe scurt, atmosfera noastră este abundentă și susține viața. Dar ce zici de celelalte planete ale sistemului solar? Cum se stivuiesc în ceea ce privește compoziția și presiunea atmosferică? Știm, de fapt, că nu sunt respirabili de oameni și nu pot susține viața. Dar doar care este diferența dintre aceste bile de piatră și gaz și ale noastre?
Pentru început, trebuie menționat că fiecare planetă din Sistemul Solar are o atmosferă de un fel sau altul. Și acestea variază de la incredibil de subțiri și tenui (precum „exosfera” lui Mercur) până la incredibil de dens și puternic - ceea ce este cazul pentru toți giganții gazoși. Și în funcție de compoziția planetei, indiferent dacă este un terestru sau un gigant gaz / gheață, gazele care alcătuiesc atmosfera sa variază de la hidrogen și heliu până la elemente mai complexe precum oxigenul, dioxidul de carbon, amoniacul și metanul.
Atmosfera lui Mercur:
Mercurul este prea cald și prea mic pentru a reține atmosfera. Cu toate acestea, are o exosferă tenuoasă și variabilă care este formată din hidrogen, heliu, oxigen, sodiu, calciu, potasiu și vapori de apă, cu un nivel de presiune combinat de aproximativ 10-14 bar (un sfert de miliard din presiunea atmosferică a Pământului). Se crede că această exosferă a fost formată din particule capturate de la Soare, exagerare vulcanică și resturi puse în orbită prin impacturi ale micrometeoritelor.
Deoarece îi lipsește o atmosferă viabilă, Mercur nu are cum să rețină căldura de la Soare. Drept urmare a acestei excentricități ridicate, planeta experimentează variații considerabile ale temperaturii. În timp ce partea care se confruntă cu Soarele poate atinge temperaturi de până la 700 K (427 ° C), în timp ce partea din umbră scade până la 100 K (-173 ° C).
Atmosfera lui Venus:
Observațiile de suprafață ale lui Venus au fost dificile în trecut, datorită atmosferei sale extrem de dense, care este compusă în principal din dioxid de carbon cu o cantitate mică de azot. La 92 bar (9,2 MPa), masa atmosferică este de 93 de ori mai mare decât atmosfera Pământului, iar presiunea pe suprafața planetei este de aproximativ 92 de ori decât la suprafața Pământului.
Venus este, de asemenea, cea mai tare planetă din Sistemul nostru solar, cu temperatura medie a suprafeței de 735 K (462 ° C / 863,6 ° F). Acest lucru se datorează atmosferei bogate în CO, care, împreună cu norii groși de dioxid de sulf, generează cel mai puternic efect de seră din Sistemul Solar. Deasupra stratului dens de CO², nori groși constând în principal din dioxid de sulf și picături de acid sulfuric împrăștie aproximativ 90% din lumina soarelui în spatiu.
Un alt fenomen obișnuit este vânturile puternice ale lui Venus, care ating viteze de până la 85 m / s (300 km / h; 186,4 mph) în vârfurile norului și înconjoară planeta la fiecare patru până la cinci zile de pe Pământ. La această viteză, acești vânturi se mișcă de până la 60 de ori mai mult decât viteza de rotație a planetei, în timp ce vânturile cele mai rapide ale Pământului sunt doar 10-20% din viteza de rotație a planetei.
Flybys de Venus au indicat, de asemenea, că norii săi densi sunt capabili să producă fulgere, la fel ca norii de pe Pământ. Aspectul lor intermitent indică un model asociat activității meteorologice, iar rata fulgerului este de cel puțin jumătate din cea de pe Pământ.
Atmosfera Pământului:
Atmosfera Pământului, care este compusă din azot, oxigen, vapori de apă, dioxid de carbon și alte urme de gaze, constă, de asemenea, din cinci straturi. Acestea constau din Troposferă, Stratosfera, Mesosferă, Termosferă și Exosferă. De regulă, presiunea și densitatea aerului scad cu cât este mai mare în atmosferă, iar cea mai îndepărtată este de la suprafață.
Cea mai apropiată de Pământ este Troposfera, care se întinde de la 0 la 12 km și 17 km (0 până la 7 și 10,56 mi) deasupra suprafeței. Acest strat conține aproximativ 80% din masa atmosferei Pământului și aproape toată vaporul de apă sau umezeala se găsește aici. Drept urmare, acesta este stratul în care are loc cea mai mare parte a vremii Pământului.
Stratosfera se extinde de la Troposferă la o altitudine de 50 km (31 mi). Acest strat se extinde de la vârful troposferei până la stratopauză, care se află la o altitudine de aproximativ 50 până la 55 km (31 la 34 km). Acest strat al atmosferei găzduiește stratul de ozon, care este partea din atmosfera Pământului care conține concentrații relativ mari de gaz de ozon.
Urmează Mesosfera, care se întinde de la o distanță de 50 până la 80 km (31 până la 50 km) deasupra nivelului mării. Este cel mai rece loc de pe Pământ și are o temperatură medie de aproximativ -85 ° C (-120 ° F; 190 K). Termosfera, al doilea strat cel mai înalt al atmosferei, se extinde de la o altitudine de aproximativ 80 km (50 mi) până la termopauză, care se află la o altitudine de 500-1000 km (310–620 km).
Partea inferioară a termosferei, cuprinsă între 80 și 550 de kilometri (50 - 342 mi), conține ionosfera - care este numită astfel, deoarece este aici în atmosferă particulele sunt ionizate de radiațiile solare. Acest strat este complet tulbure și lipsit de vapori de apă. De asemenea, la această altitudine se cunosc fenomenele cunoscute sub numele de Aurora Borealis și Aurara Australis.
Exosfera, care este stratul cel mai exterior al atmosferei Pământului, se extinde de la exobază - situată în vârful termosferei la o altitudine de aproximativ 700 km deasupra nivelului mării - până la aproximativ 10.000 km (6.200 mi). Exosfera se contopește cu golirea spațiului exterior și este compusă în principal din densități extrem de mici de hidrogen, heliu și mai multe molecule mai grele, inclusiv azot, oxigen și dioxid de carbon.
Exosfera este localizată prea mult deasupra Pământului pentru ca orice fenomen meteorologic să fie posibil. Cu toate acestea, Aurora Borealis și Aurora Australis apar uneori în partea inferioară a exosferei, unde se suprapun în termosferă.
Temperatura medie a suprafeței pe Pământ este de aproximativ 14 ° C; dar după cum sa menționat deja, acest lucru variază. De exemplu, cea mai tare temperatură înregistrată vreodată pe Pământ a fost de 70,7 ° C (159 ° F), care a fost luată în deșertul Lut al Iranului. Între timp, cea mai rece temperatură înregistrată vreodată pe Pământ a fost măsurată la stația sovietică Vostok de pe Platoul Antarctic, atingând o minimă istorică de -89,2 ° C (-129 ° F).
Atmosfera lui Marte:
Planeta Marte are o atmosferă foarte subțire care este compusă din 96% dioxid de carbon, 1,93% argon și 1,89% azot împreună cu urme de oxigen și apă. Atmosfera este destul de prăfuită, conținând particule care măsoară 1,5 micrometri în diametru, ceea ce conferă cerului marțian o culoare apăsătoare când este văzut de la suprafață. Presiunea atmosferică a lui Marte variază între 0,4 și 0,87 kPa, ceea ce este echivalent cu aproximativ 1% din nivelul Pământului la nivelul mării.
Datorită atmosferei sale subțiri și a distanței sale mai mari de Soare, temperatura de suprafață a lui Marte este mult mai rece decât ceea ce experimentăm aici pe Pământ. Temperatura medie a planetei este de -46 ° C (51 ° F), cu o temperatură scăzută de -143 ° C (-225,4 ° F) în timpul iernii la poli și o maximă de 35 ° C (95 ° F) în timpul verii iar la amiază la ecuator.
Planeta mai experimentează furtuni de praf, care se pot transforma în ceea ce seamănă cu mici tornade. Furtuni mai mari de praf apar atunci când praful este aruncat în atmosferă și se încălzește de Soare. Aerul plin de praf mai cald crește și vântul devine mai puternic, creând furtuni care pot măsura până la mii de kilometri lățime și durează luni la rând. Atunci când capătă această dimensiune mare, pot bloca de fapt cea mai mare parte a suprafeței.
Cantitățile de metan au fost, de asemenea, detectate în atmosfera marțiană, cu o concentrație estimată de aproximativ 30 de părți pe miliard (ppb). Apare în prune extinse, iar profilurile implică că metanul a fost eliberat din regiuni specifice - prima dintre acestea fiind situată între Isidis și Utopia Planitia (30 ° N 260 ° W) și a doua în Arabia Terra (0 ° N 310 ° W).
Amoniacul a fost, de asemenea, detectat tentativ pe Marte de către Mars Express satelit, dar cu o durată de viață relativ scurtă. Nu este clar ce a produs-o, dar a fost sugerată activitatea vulcanică ca o posibilă sursă.
Atmosfera lui Jupiter:
La fel ca Pământul, Jupiter experimentează aurore în apropierea polilor nordici și sudici. Dar pe Jupiter, activitatea aurorală este mult mai intensă și rareori se oprește vreodată. Radiația intensă, câmpul magnetic al lui Jupiter și abundența de materiale provenite din vulcanii lui Io care reacționează cu ionosfera Jupiter creează un spectacol de lumină care este cu adevărat spectaculos.
Jupiter experimentează, de asemenea, tipare meteorologice violente. Viteza vântului de 100 m / s (360 km / h) este comună în jeturile zonale și poate atinge 620 km / h (385 mph). Furtunile se formează în câteva ore și pot deveni peste noapte mii de km în diametru. O furtună, Marea Pată Roșie, a făcut furori de la cel puțin sfârșitul anilor 1600. Furtuna s-a micșorat și s-a extins de-a lungul istoriei sale; dar în 2012, s-a sugerat că Pământul Roșu uriaș ar putea să dispară în cele din urmă.
Jupiter este acoperit perpetuu cu nori compuși din cristale de amoniac și eventual hidrosulfură de amoniu. Acești nori sunt localizați în tropopauză și sunt aranjați în benzi de diferite latitudini, cunoscute sub numele de „regiuni tropicale”. Stratul de nori are doar adâncimea de aproximativ 50 km și constă din cel puțin două punți de nori: o punte inferioară groasă și o regiune mai clară.
Poate fi, de asemenea, un strat subțire de nori de apă care stau la baza stratului de amoniac, așa cum este evidențiat de licăriri de fulgere detectate în atmosfera lui Jupiter, care ar fi cauzate de polaritatea apei care creează separarea de sarcină necesară fulgerului. Observațiile acestor descărcări electrice indică faptul că acestea pot fi de până la o mie de ori mai puternice decât cele observate aici pe Pământ.
Atmosfera lui Saturn:
Atmosfera exterioară a lui Saturn conține 96,3% hidrogen molecular și 3,25% heliu în volum. Gigantul de gaz este, de asemenea, cunoscut că conține elemente mai grele, deși proporțiile acestora în raport cu hidrogenul și heliul nu sunt cunoscute. Se presupune că s-ar potrivi cu abundența primordială de la formarea Sistemului Solar.
În atmosfera lui Saturn au fost detectate și urme de amoniac, acetilenă, etan, propan, fosfină și metan. Norii superiori sunt compuși din cristale de amoniac, în timp ce norii de nivel inferior par să fie constituiți din hidrosulfură de amoniu (NH4SH) sau apă. Radiațiile ultraviolete provenite de la Soare provoacă fotoliza metanului în atmosfera superioară, ceea ce duce la o serie de reacții chimice cu hidrocarburi, produsele obținute fiind transportate în jos prin eddii și difuzie.
Atmosfera lui Saturn prezintă un model în bandă similar cu cel al lui Jupiter, dar benzile lui Saturn sunt mult mai slabe și mai largi în apropierea ecuatorului. La fel ca în straturile de nori ale lui Jupiter, acestea sunt împărțite în straturile superioare și inferioare, care variază în compoziție în funcție de adâncime și presiune. În straturile de nori superioare, cu temperaturi cuprinse între 100 și 160 K și presiuni între 0,5-2 bar, norii constau din gheață de amoniac.
Nori de gheață cu apă încep la un nivel în care presiunea este de aproximativ 2,5 bari și se extinde până la 9,5 bar, unde temperaturile sunt cuprinse între 185-270 K. Amestecate în acest strat este o bandă de gheață cu hidrosulfură de amoniu, situată în intervalul de presiune 3–6 bara cu temperaturi de 290–235 K. În sfârșit, straturile inferioare, unde presiunile sunt cuprinse între 10–20 bar și temperaturile de 270–30 K, conțin o regiune de picături de apă cu amoniac într-o soluție apoasă.
Ocazional, atmosfera lui Saturn prezintă oale de lungă durată, similar cu cele observate în mod obișnuit pe Jupiter. În timp ce Jupiter are Marea Pata Roșie, Saturn are periodic ceea ce este cunoscut sub numele de Marea Pata Albă (de asemenea, Marele Oval Alb). Acest fenomen unic, dar de scurtă durată, apare o dată în fiecare an saturnian, aproximativ la fiecare 30 de ani de pe Pământ, în jurul perioadei solstițiului de vară a emisferei nordice.
Aceste pete pot avea o lățime de câteva mii de kilometri și au fost observate în 1876, 1903, 1933, 1960 și 1990. Începând cu 2010, o bandă mare de nori albi, numită Perturbarea Electrostatică de Nord, a fost observată în jurul Saturnului, care a fost observată de sonda spațială Cassini. Dacă natura periodică a acestor furtuni este menținută, alta va avea loc în aproximativ 2020.
Vânturile de pe Saturn sunt al doilea cel mai rapid dintre planetele Sistemului Solar, după cele ale lui Neptun. Datele Voyager indică vânturile estice de vârf de 500 m / s (1800 km / h). Polii nordici și sudici ai lui Saturn au arătat, de asemenea, dovezi ale vremii furtunoase. La polul nord, aceasta ia forma unui model de unde hexagonale, în timp ce sudul prezintă dovezi ale unui flux masiv de jet.
Modelul persistent al valurilor hexagonale în jurul polului nord a fost remarcat pentru prima dată în voiajor imagini. Laturile hexagonului au fiecare aproximativ 13 800 km (care este mai lung decât diametrul Pământului), iar structura se rotește cu o perioadă de 10h 39m 24s, care se presupune a fi egală cu perioada de rotație de Interiorul lui Saturn.
Între timp, vortexul polului sud a fost observat pentru prima dată cu ajutorul telescopului spațial Hubble. Aceste imagini au indicat prezența unui flux de jet, dar nu a unei valuri hexagonale în picioare. Se estimează că aceste furtuni vor genera vânturi de 550 km / h, au dimensiuni comparabile cu Pământul și se crede că au avut loc de miliarde de ani. În 2006, sonda spațială Cassini a observat o furtună asemănătoare uraganului care avea un ochi clar definit. Astfel de furtuni nu au fost observate pe nicio altă planetă decât Pământul - nici măcar pe Jupiter.
Atmosfera lui Uranus:
Ca și în cazul Pământului, atmosfera Uranus este divizată în straturi, în funcție de temperatură și presiune. La fel ca ceilalți giganți pe gaz, planeta nu are o suprafață fermă, iar oamenii de știință definesc suprafața ca regiunea în care presiunea atmosferică depășește un bar (presiunea găsită pe Pământ la nivelul mării). Orice accesibil capabilității de teledetecție - care se întinde până la aproximativ 300 km sub nivelul de 1 bar - este de asemenea considerat a fi atmosfera.
Folosind aceste puncte de referință, atmosfera lui Uranus poate fi împărțită în trei straturi. Prima este troposfera, între altitudini de -300 km sub suprafață și 50 km deasupra acesteia, unde presiunile sunt cuprinse între 100 și 0,1 bar (10 MPa până la 10 kPa). Al doilea strat este stratosfera, care atinge între 50 și 4000 km și are presiuni între 0,1 și 10-10 bară (10 kPa până la 10 µPa).
Troposfera este cel mai dens strat din atmosfera lui Uranus. Aici, temperatura variază de la 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) la baza (-300 km) la 53 K (-220 ° C / -364 ° F) la 50 km, regiunea superioară fiind cea mai rece în sistemul solar. Regiunea tropopauzei este responsabilă pentru marea majoritate a emisiilor cu infraroșu termic ale lui Uranus, determinând astfel temperatura efectivă a acesteia de 59,1 ± 0,3 K.
În troposferă se află straturi de nori - nori de apă la cele mai mici presiuni, cu nori de hidrosulfură de amoniu deasupra lor. Urmează nori de amoniac și hidrogen sulfurat. În cele din urmă, nori subțiri de metan se așază pe vârf.
În stratosferă, temperaturile variază de la 53 K (-220 ° C / -364 ° F) la nivelul superior până la 800 și 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) la baza termosferei, mulțumesc în mare măsură încălzirii cauzate de radiațiile solare. Stratosfera conține smog etan, care poate contribui la aspectul plictisitor al planetei. Acetilena și metanul sunt, de asemenea, prezente, iar aceste cețe ajută la încălzirea stratosferei.
Stratul cel mai exterior, termosfera și corona, se extind de la 4.000 km până la 50.000 km de suprafață. Această regiune are o temperatură uniformă de 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), deși oamenii de știință nu sunt siguri cu privire la motiv. Deoarece distanța până la Uranus de Soare este atât de mare, cantitatea de soare absorbită nu poate fi cauza principală.
Ca și Jupiter și Saturn, vremea lui Uranus urmează un model similar în care sistemele sunt împărțite în benzi care se rotesc în jurul planetei, care sunt conduse de căldura internă care se ridică în atmosfera superioară. Drept urmare, vânturile de pe Uranus pot atinge până la 900 km / h (560 mph), creând furtuni masive precum cea observată de Telescopul spațial Hubble în 2012. Asemănător Marelui Punct Roșu al lui Jupiter, acest „Punct întunecat” a fost un gigant vortex nor care a măsurat 1.700 de kilometri cu 3.000 de kilometri (1.100 de mile cu 1.900 de mile).
Atmosfera lui Neptun:
La altitudini mari, atmosfera lui Neptun este de 80% hidrogen și 19% heliu, cu o cantitate de metan. Ca și în cazul lui Uranus, această absorbție a luminii roșii prin metanul atmosferic face parte din ceea ce îi conferă lui Neptun nuanța sa albastră, deși Neptun este mai întunecat și mai viu. Deoarece conținutul de metan atmosferic al lui Neptun este similar cu cel al lui Uranus, se consideră că un component necunoscut contribuie la colorarea mai intensă a lui Neptun.
Atmosfera Neptunului este împărțită în două regiuni principale: troposfera inferioară (unde temperatura scade odată cu altitudinea) și stratosfera (unde temperatura crește odată cu altitudinea). Limita dintre cele două, tropopauză, se află la o presiune de 0,1 bari (10 kPa). Stratosfera cedează apoi termosfera la o presiune mai mică de 10-5 la 10-4 microbare (1 până la 10 Pa), care trec treptat în exosferă.
Spectrele lui Neptun sugerează că stratosfera sa inferioară este brumă datorită condensării produselor cauzate de interacțiunea radiațiilor ultraviolete și metan (adică fotoliza), care produce compuși precum etan și etilă. Stratosfera găzduiește, de asemenea, cantități de monoxid de carbon și cianură de hidrogen, care sunt responsabile pentru ca stratosfera Neptun să fie mai caldă decât cea a Uranus.
Din motive care rămân obscure, termosfera planetei înregistrează temperaturi neobișnuit de ridicate de aproximativ 750 K (476,85 ° C / 890 ° F). Planeta este prea departe de Soare pentru ca această căldură să fie generată de radiațiile ultraviolete, ceea ce înseamnă că este implicat un alt mecanism de încălzire - care ar putea fi interacțiunea atmosferei cu ionii din câmpul magnetic al planetei sau valurile gravitaționale din interiorul planetei care se disipează în atmosfera.
Deoarece Neptun nu este un corp solid, atmosfera sa suferă rotație diferențială. Zona ecuatorială largă se rotește cu o perioadă de aproximativ 18 ore, care este mai lentă decât rotația de 16,1 ore a câmpului magnetic al planetei. În schimb, inversul este valabil pentru regiunile polare, unde perioada de rotație este de 12 ore.
Această rotație diferențială este cea mai pronunțată a oricărei planete din Sistemul Solar și are ca rezultat forfecarea puternică a vântului latitudinal și furtuni violente. Cele mai impresionante trei au fost depistate în 1989 de sonda spațială Voyager 2 și apoi numite pe baza aparițiilor lor.
Primul care a fost observat a fost o furtună anticiclonică masivă care măsoară 13.000 x 6.600 km și seamănă cu Marea Pată Roșie a Jupiterului. Cunoscută drept Marele Punct întunecat, această furtună nu a fost identificată cinci mai târziu (2 noiembrie 1994) când Telescopul Spațial Hubble a căutat-o. În schimb, în emisfera nordică a planetei s-a găsit o nouă furtună care a fost foarte asemănătoare, ceea ce sugerează că aceste furtuni au o durată de viață mai scurtă decât cea a lui Jupiter.
Scooterul este o altă furtună, un grup de nori albi situat mai la sud decât Marele Punct întunecat - o poreclă care a apărut pentru prima dată în lunile premergătoare Voyager 2 întâlnire din 1989. Micul punct întunecat, o furtună ciclonică sudică, a fost a doua cea mai intensă furtună observată în timpul întâlnirii din 1989. Initial era complet intunecat; dar ca Voyager 2 s-a apropiat de planetă, s-a dezvoltat un nucleu luminos și care poate fi văzut în majoritatea imaginilor de cea mai înaltă rezoluție.
Pe scurt, planeta Sistemului nostru Solar are toate tipurile de atmosferă. Și în comparație cu atmosfera relativ ticăloasă și groasă a Pământului, acestea au o gamă largă între foarte subțiri și foarte densi. De asemenea, acestea variază de temperaturi de la extrem de cald (ca pe Venus) până la frigul extrem de înghețat.
Și atunci când vine vorba de sisteme meteorologice, lucrurile pot fi la fel de extreme, cu planeta se mândrește fie cu vremea, fie cu furtuni ciclonice și intense de praf, care pun furturile aici pe Pământ. Și în timp ce unii sunt cu totul ostili vieții așa cum o știm, alții cu care am putea să lucrăm.
Avem multe articole interesante despre atmosfera planetară aici la Space Magazine. De exemplu, el este „Care este atmosfera” și articole despre atmosfera lui Mercur, Venus, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun,
Pentru mai multe informații despre atmosfere, consultați paginile NASA de pe straturile atmosferice ale Pământului, ciclul carbonului și modul în care atmosfera Pământului diferă de spațiu.
Astronomie Cast are un episod pe sursa atmosferei.
