Ovdje na Zemlji, skloni smo svojoj atmosferi uzimati zdravo za gotovo, i to ne bez razloga. U našoj atmosferi postoji lijepa mješavina dušika i kisika (78% i 21%) s vodenom parom, ugljičnim dioksidom i drugim plinovitim molekulama. Štoviše, uživamo u atmosferskom tlaku od 101.325 kPa, koji se proteže do nadmorske visine od oko 8,5 km.
Ukratko, naša atmosfera obiluje i održava život. Ali što je s ostalim planetima Sunčevog sustava? Kako se oni slažu s obzirom na sastav atmosfere i pritisak? Znamo za činjenicu da ih ljudi ne mogu udisati i ne mogu podržati život. Ali samo u čemu je razlika između ovih loptica stijena i plina od naših vlastitih?
Za početak treba napomenuti da svaki planet u Sunčevom sustavu ima atmosferu jedne ili druge vrste. A oni se kreću u rasponu od nevjerojatno tanke i gipke (poput egzosfere Merkura) do nevjerojatno guste i snažne - što je slučaj za sve plinske divove. I ovisno o sastavu planete, bilo da je zemaljski ili plin / ledeni div, plinovi koji čine njegovu atmosferu kreću se od vodika i helija do složenijih elemenata poput kisika, ugljičnog dioksida, amonijaka i metana.
Atmosfera Merkura:
Merkur je previše vruć i premalen da bi zadržao atmosferu. Međutim, ona ima osjetljivu i promjenjivu egzosferu koju čine vodik, helij, kisik, natrij, kalcij, kalij i vodena para, s kombiniranom razinom tlaka od oko 10-14 bara (jednočetverogodišnji atmosferski tlak Zemlje). Vjeruje se da se ova egzosfera stvorila od čestica zarobljenih od Sunca, vulkanskog udaljavanja i krhotina koje su mikrometeoritni udarci u orbitu izbacili u orbitu.
Budući da mu nedostaje održiva atmosfera, Merkur nema načina da zadrži toplinu od Sunca. Kao rezultat toga i njegove velike ekscentričnosti, planet doživljava znatne razlike u temperaturi. Dok strana koja je okrenuta Suncu može doseći temperature do 700 K (427 ° C), dok strana u sjeni pada do 100 K (-173 ° C).
Atmosfera Venere:
Površinska promatranja Venere u prošlosti su bila teška zbog izuzetno guste atmosfere koja je sastavljena prije svega od ugljičnog dioksida s malom količinom dušika. Pri 92 bara (9,2 MPa) atmosferska masa je 93 puta veća od Zemljine atmosfere, a pritisak na površini planete je oko 92 puta veći od Zemljine površine.
Venera je i najtoplija planeta u našem Sunčevom sustavu, sa srednjom površinskom temperaturom od 735 K (462 ° C / 863,6 ° F). To je zbog atmosfere bogate CO² koja, uz guste oblake sumpornog dioksida, stvara najjači efekt staklenika u Sunčevom sustavu. Iznad gustog sloja CO² gusti oblaci koji se sastoje uglavnom od sumpornog dioksida i kapljica sumporne kiseline raspršuju oko 90% sunčeve svjetlosti natrag u svemir.
Još jedan čest fenomen su snažni vjetrovi Venere koji dostižu brzinu do 85 m / s (300 km / h; 186,4 mph) na vrhovima oblaka i kruže planetom svakih četiri do pet zemaljskih dana. Pri toj se brzini ovi vjetrovi kreću i do 60 puta više od brzine rotacije planeta, dok su najbrži vjetrovi na Zemlji samo 10-20% rotacijske planete.
Venerine muhe također su pokazale da su njegovi gusti oblaci sposobni stvarati munje, baš kao i oblaci na Zemlji. Njihova povremena pojava ukazuje na obrazac povezan s vremenskom aktivnošću, a brzina munje je barem polovica od one na Zemlji.
Zemljina atmosfera:
Zemljina atmosfera koja se sastoji od dušika, kisika, vodene pare, ugljičnog dioksida i drugih plinova u tragovima također se sastoji od pet slojeva. Oni se sastoje od troposfere, stratosfere, mezosfere, termosfere i egzosfere. U pravilu se smanjuje tlak i gustoća zraka, što je viši iz atmosfere, a dalje je od površine.
Najbliže Zemlji je Troposfera koja se proteže od 0 do između 12 km i 17 km (0 do 7 i 10,56 mi) iznad površine. Taj sloj sadrži otprilike 80% mase Zemljine atmosfere, a gotovo sva atmosferska vodena para ili vlaga nalaze se i ovdje. Kao rezultat, to je sloj u kojem se odvija većina vremena Zemlje.
Stratosfera se proteže od Troposfere do nadmorske visine od 50 km (31 milja). Taj se sloj proteže od vrha troposfere do stratopauze koja se nalazi na nadmorskoj visini od oko 50 do 55 km (31 do 34 mi). Taj sloj atmosfere dom je ozonskog omotača, koji je dio Zemljine atmosfere koji sadrži relativno visoke koncentracije ozonskog plina.
Slijedi mezosfera koja se proteže s udaljenosti od 50 do 80 km (31 do 50 milja) nadmorske visine. To je najhladnije mjesto na Zemlji i ima prosječnu temperaturu od oko -85 ° C (-120 ° F; 190 K). Termosfera, drugi najviši sloj atmosfere, proteže se od nadmorske visine od oko 80 km (50 milja) do termopauze, koja se nalazi na nadmorskoj visini od 500–1000 km (310–620 milja).
Donji dio termosfere, od 80 do 550 kilometara (50 do 342 mi), sadrži ionosferu - koja je tako nazvana, jer se ovdje u atmosferi čestice ioniziraju sunčevim zračenjem. Ovaj sloj je potpuno bez oblaka i bez vodene pare. Na ovoj se visini događaju fenomeni Aurora Borealis i Aurara Australis.
Egsosfera, najudaljeniji sloj Zemljine atmosfere, proteže se od egzobaze - koja se nalazi na vrhu termosfere na nadmorskoj visini od oko 700 km - do oko 10 000 km (6,200 milja). Egsosfera se stapa s prazninom vanjskog prostora, a sastoji se uglavnom od ekstremno niske gustoće vodika, helija i nekoliko težih molekula, uključujući dušik, kisik i ugljični dioksid
Egosfera se nalazi predaleko iznad Zemlje da bi bilo moguće meteorološke pojave. Međutim, Aurora Borealis i Aurora Australis ponekad se javljaju u donjem dijelu egzosfere, gdje se preklapaju u termosferi.
Prosječna temperatura na Zemlji je otprilike 14 ° C; ali kao što je već napomenuto, to varira. Na primjer, najtoplija temperatura ikad zabilježena na Zemlji bila je 70,7 ° C (159 ° F), zabilježeno u pustinji Lut u Iranu. U međuvremenu, najhladnija temperatura ikad zabilježena na Zemlji izmjerena je na sovjetskom kolodvoru Vostok na antarktičkoj visoravni, dostigavši povijesni minimum od -89,2 ° C (-129 ° F).
Marsova atmosfera:
Planet Mars ima vrlo tanku atmosferu koja se sastoji od 96% ugljičnog dioksida, 1,93% argona i 1,89% dušika, zajedno s tragovima kisika i vode. Atmosfera je prilično prašnjava, sadrži čestice koje u promjeru imaju 1,5 mikrometara, a to je ono što Marsovskom nebu daje tamnu boju kada se vidi s površine. Marsov atmosferski tlak kreće se od 0,4 - 0,87 kPa, što je ekvivalent oko 1% Zemljine razine na moru.
Zbog tanke atmosfere i veće udaljenosti od Sunca površinska temperatura Marsa je mnogo hladnija od one koju doživljavamo ovdje na Zemlji. Prosječna temperatura planeta je -46 ° C (51 ° F), a niska -143 ° C (-225,4 ° F) zimi na polovima, a visoka od 35 ° C (95 ° F) tijekom ljeta i podne na ekvatoru.
Na planeti se događaju i olujne prašine, koje se mogu pretvoriti u ono što nalikuje malim tornadima. Veće olujne prašine nastaju kada se prašina ispuše u atmosferu i zagrije od Sunca. Diže se topliji zrak ispunjen prašinom, a vjetrovi se pojačavaju, stvarajući oluje u širinu do tisuće kilometara i traju mjesecima odjednom. Kad se dobiju toliko velike, zapravo mogu blokirati većinu površine od pogleda.
Otkrivene su i količine metana u trasi Martian u atmosferi, s procijenjenom koncentracijom od oko 30 dijelova na milijardu (ppb). Javlja se u produženim pljuskovima, a profili podrazumijevaju da se metan ispuštao iz određenih regija - od kojih se prva nalazi između Isidisa i Utopije Planitie (30 ° N 260 ° W), a druga u Arabijskoj terasi (0 ° S 310 ° N) W).
Na Marsu je i amonijak detektirano detektirao Mars Express satelit, ali s relativno kratkim vijekom trajanja. Nije jasno što ga je proizvelo, ali vulkanska aktivnost je sugerirana kao mogući izvor.
Atmosfera Jupitera:
Poput Zemlje, Jupiter doživljava aurore u blizini svog sjevernog i južnog pola. Ali na Jupiteru je auroralna aktivnost mnogo intenzivnija i rijetko se ikad zaustavi. Intenzivno zračenje, Jupiterovo magnetsko polje i obilje materijala iz Iovih vulkana koji reagiraju s Jupiterovom ionosferom stvaraju svjetlosni show koji je zaista spektakularan.
Jupiter također ima nasilne vremenske obrasce. Brzina vjetra od 100 m / s (360 km / h) uobičajena je u zonskim mlazovima, a može doseći i 620 km / h (385 mph). Oluje se formiraju za nekoliko sati i mogu preći tisuće kilometara u promjeru preko noći. Jedna oluja, Velika crvena mrlja, bjesnila je od najmanje kasnih 1600-ih. Oluja se smanjivala i širila se kroz povijest; ali 2012. godine sugerirano je da bi divovska crvena mrlja mogla s vremenom nestati.
Jupiter je neprestano prekriven oblacima sastavljenim od kristala amonijaka i, možda, amonijevog hidrosulfida. Ovi se oblaci nalaze u tropopauzi i raspoređeni su u pojase različitih širina, poznati kao "tropske regije". Sloj oblaka dubok je samo oko 50 km (31 mi), a sastoji se od najmanje dvije palube oblaka: gusta donja paluba i tanka jasnija regija.
Također može postojati tanak sloj vodenih oblaka koji se nalazi ispod sloja amonijaka, o čemu svjedoče bljeskovi munje otkriveni u atmosferi Jupitera, a koji bi bili uzrokovani polarnošću vode stvarajući razdvajanje naboja potrebno za munje. Promatranja ovih električnih pražnjenja ukazuju na to da mogu biti i do tisuću puta snažnije od onih na Zemlji.
Saturnova atmosfera:
Vanjska atmosfera Saturna sadrži 96,3 vol.% Molekularnog vodika i 3,25 vol. Helija. Poznato je da plinski gigant sadrži teže elemente, ali njihove proporcije u odnosu na vodik i helij nisu poznate. Pretpostavlja se da bi se oni podudarali s iskonskim obiljem nastajanja Sunčevim sustavom.
Otkrivene su i količine amonijaka, acetilena, etana, propana, fosfina i metana u Saturnovoj atmosferi. Gornji oblaci su sastavljeni od kristala amonijaka, dok se oblaci donje razine sastoje od ili amonijevog hidrosulfida (NH4SH) ili vode. Ultraljubičasto zračenje iz Sunca uzrokuje fotolizu metana u gornjoj atmosferi, što dovodi do niza kemijskih reakcija ugljikovodika, pri čemu se dobiveni proizvodi prenose vrtlogama i difuzijom.
Saturnova atmosfera pokazuje pojasni oblik sličan onom Jupiterovih, ali Saturnovi pojasevi su mnogo blijeđi i šire blizu ekvatora. Kao i kod Jupiterovih oblačnih slojeva, oni se dijele na gornji i donji sloj, koji se razlikuju po sastavu na temelju dubine i pritiska. U gornjim slojevima oblaka, s temperaturama u rasponu od 100-160 K i pritiscima između 0,5-2 bara, oblaci se sastoje od amonijaka.
Oblaci vodenog leda započinju na razini gdje je tlak oko 2,5 bara, a šire se do 9,5 bara, gdje se temperature kreću od 185-270 K. Mešavina ovog sloja je traka amonijevog hidrosulfida, ležeći u rasponu tlaka 3–6 bar sa temperaturama od 290-235 K. Na kraju, donji slojevi, gdje su pritisci između 10 i 20 bara, a temperature od 270 do 300 K, sadrže područje vodenih kapljica s amonijakom u vodenoj otopini.
Povremeno atmosfera Saturna pokazuje dugovječne ovale, slično kao što je uobičajeno na Jupiteru. Dok Jupiter ima Veliku crvenu mrlju, Saturn periodično ima ono što je poznato kao Velika bijela mrlja (aka. Veliki bijeli oval). Ovaj jedinstveni, ali kratkotrajni fenomen javlja se jednom svake Saturnove godine, otprilike svakih 30 zemaljskih godina, otprilike u vrijeme ljetnog solsticija sjeverne hemisfere.
Ta mjesta mogu biti široka nekoliko tisuća kilometara, a primijećena su u 1876, 1903, 1933, 1960, i 1990. Od 2010. godine opažena je velika traka bijelih oblaka nazvana Sjeverni elektrostatički poremećaj koji obavijaju Saturn, koji je uočio svemirska sonda Cassini. Ako se održi periodična priroda ovih oluja, do 2020. godine nastupit će još jedan.
Vjetrovi na Saturnu su drugi najbrži među planetima Sunčevog sustava, nakon Neptunovih. Podaci Voyagera pokazuju da su vršni vjetrovi od 500 m / s (1800 km / h). Sjeverni i južni polov Saturna također su pokazali olujno nevrijeme. Na sjevernom polu, ovaj oblik ima oblik šesterokutnog vala, dok na južnom dokazu ogroman mlazni tok.
Perzistentni šesterokutni valni uzorak oko sjevernog pola prvi je put zabilježen u putnik slike. Duge su stranice šesterokuta dugačke oko 13.800 km (što je duže od Zemljinog promjera), a struktura se okreće s vremenom od 10h 39m, što se pretpostavlja da je jednako razdoblju rotacije Saturnova unutrašnjost.
U međuvremenu, vrtlog južnog pola prvi je put primijećen pomoću svemirskog teleskopa Hubble. Te su slike ukazale na prisustvo mlaznog toka, ali ne i šesterokutni stojeći val. Procjenjuje se da ove oluje generiraju vjetrove od 550 km / h, veličine su usporedive sa Zemljom, a vjeruje se da traju milijarde godina. Svemirska sonda Cassini je 2006. opazila oluju nalik uraganu s jasno definiranim okom. Takve oluje nisu bile opažene niti na jednom planetu osim na Zemlji - čak ni na Jupiteru.
Uranova atmosfera:
Kao i na Zemlji, atmosfera Urana razbijena je u slojeve, ovisno o temperaturi i pritisku. Kao i drugi plinski divovi, tako i planeta nema čvrstu površinu, a znanstvenici površinu definiraju kao područje u kojem atmosferski tlak prelazi jednu bar (tlak koji se nalazi na Zemlji na razini mora). Sve što je dostupno daljinskim senzorima - koje se protežu do otprilike 300 km ispod razine 1 bara - također se smatra atmosferom.
Pomoću ovih referentnih točaka Uranovu atmosferu možemo podijeliti u tri sloja. Prva je troposfera, između visine od -300 km ispod površine i 50 km iznad nje, gdje se tlakovi kreću od 100 do 0,1 bara (10 MPa do 10 kPa). Drugi sloj je stratosfera koja doseže između 50 i 4000 km i doživljava pritiske između 0,1 i 10-10 bar (10 kPa do 10 µPa).
Troposfera je najgušći sloj u Uranovoj atmosferi. Ovdje se temperatura kreće od 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) u podnožju (-300 km) do 53 K (-220 ° C / -364 ° F) na 50 km, s tim da je gornja regija najhladnija u sunčevom sustavu. Područje tropopauze odgovorno je za veliku većinu Uranovih toplinskih infracrvenih emisija, čime se određuje njegova efektivna temperatura od 59,1 ± 0,3 K.
Unutar troposfere nalaze se slojevi oblaka - vodeni oblaci pri najnižim pritiscima, a iznad njih su amonijevi hidrosulfidni oblaci. Slijede oblaci amonijaka i sumporovodika. Napokon su na vrhu ležali tanki metanski oblaci.
U stratosferi se temperature kreću od 53 K (-220 ° C / -364 ° F) na gornjoj razini do između 800 i 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) na dnu termosfere, velikim dijelom zahvaljujući zagrijavanju uzrokovanom sunčevim zračenjem. Stratosfera sadrži etanski smog koji može doprinijeti potamnjenjem planeta. Prisutni su i acetilen i metan, a ove izmaglice pomažu u zagrijavanju stratosfere.
Vanjski sloj, termosfera i korona, protežu se od 4.000 km do čak 50.000 km od površine. Ova regija ima jedinstvenu temperaturu od 800-850 (577 ° C / 1,070 ° F), iako znanstvenici nisu sigurni u razlog. Kako je udaljenost Urana od Sunca tako velika, količina apsorbirane sunčeve svjetlosti ne može biti glavni uzrok.
Poput Jupitera i Saturna, Uranovo vrijeme slijedi sličan obrazac gdje se sustavi raščlanjuju u pojase koji se okreću oko planete, a vođeni unutarnjom toplinom koja se diže u gornju atmosferu. Kao rezultat toga, vjetrovi na Uranu mogu doseći i do 900 km / h (560 mph) stvarajući ogromne oluje poput one koju je uočio Hubble svemirski teleskop 2012. Slično Jupiterovoj Velikoj crvenoj mrlji, ovaj "Dark spot" bio je div oblak vrtloga koji je iznosio 1.700 kilometara na 3.000 kilometara (1.100 milja na 1.900 milja).
Atmosfera Neptuna:
Na velikim nadmorskim visinama atmosfera Neptuna je 80% vodika i 19% helija, s metanom u tragovima. Kao i kod Urana, i ova apsorpcija crvene svjetlosti atmosferskim metanom dio je onoga što Neptunu daje plavu nijansu, iako je Neptun tamniji i živopisniji. Budući da je sadržaj Neptuna u atmosferi metana sličan onom Urana, smatra se da neki nepoznati sastojak doprinosi intenzivnijem bojanju Neptuna.
Atmosfera Neptuna podijeljena je u dvije glavne regije: donju troposferu (gdje se temperatura smanjuje s nadmorskom visinom) i stratosferu (gdje se temperatura povećava s visinom). Granica između njih, tropopauze, nalazi se pod tlakom od 0,1 bara (10 kPa). Stratosfera se tada predaje termosferi pri tlaku nižem od 10-5 do 10-4 mikrobar (1 do 10 Pa), koji postupno prelazi u egzosferu.
Neptunovi spektri sugeriraju da je njegova donja stratosfera mutna zbog kondenzacije produkata uzrokovanih interakcijom ultraljubičastog zračenja i metana (tj. Fotolize), pri čemu nastaju spojevi poput etana i etina. U stratosferi se također nalazi trag količine ugljičnog monoksida i vodikovog cijanida, koji su odgovorni za to što je Neptunova stratosfera toplija od one Urana.
Zbog nejasnih razloga, termosfera planeta doživljava neobično visoke temperature od oko 750 K (476,85 ° C / 890 ° F). Planeta je predaleko od Sunca da bi se ta toplina generirala ultraljubičastim zračenjem, što znači da je uključen još jedan mehanizam grijanja - koji bi mogao biti interakcija atmosfere s ionima u magnetnom polju planeta ili gravitacijski valovi iz unutrašnjosti planeta koji se razilaze u atmosfera.
Budući da Neptun nije čvrsto tijelo, njegova se atmosfera podvrgava diferencijalnoj rotaciji. Široka ekvatorijalna zona rotira se s vremenom od oko 18 sati, što je sporije od rotacije magnetskog polja 16,1 sat. Suprotno tome, obrnuto vrijedi za polarna područja u kojima je vrijeme rotacije 12 sati.
Ova diferencijalna rotacija najizraženija je na bilo kojem planetu u Sunčevom sustavu, a rezultira snažnim širenjima vjetra i visokim olujama. Tri najimpresivnija sve je 1989. uočila svemirska sonda Voyager 2, a potom su imenovani na temelju njihovih nastupa.
Prvo što je uočeno bilo je veliko anticiklonsko oluje dimenzija 13.000 x 6.600 km i nalik Velikoj crvenoj mrlji Jupitera. Poznata i kao Velika tamna mrlja, ova oluja nije uočena pet kasnije (2. studenog 1994.) kada ju je potražio svemirski teleskop Hubble. Umjesto toga, na sjevernoj hemisferi planete pronađena je nova oluja vrlo slična izgleda, što sugerira da ove oluje imaju kraći životni vijek od Jupiterove.
Skuter je još jedna oluja, skupina bijelih oblaka koja se nalazi južnije od Velike mračne mrlje - nadimak koji je prvi put nastao tijekom mjeseci koji su doveli do Voyager 2 susret 1989. Mala tamna mrlja, južna ciklonska oluja, bila je druga najintenzivnija oluja opažena tijekom susreta 1989. godine. U početku je bio potpuno mrak; ali kao Voyager 2 približio se planeti, razvijala se svijetla jezgra i mogla se vidjeti na većini slika najveće rezolucije.
Ukratko, svi planeti našeg Sunčevog sustava imaju svojevrsnu atmosferu. U usporedbi sa Zemljinom relativno mračnom i gustom atmosferom, oni rasponu između vrlo tanke do vrlo guste. Oni također variraju u temperaturama od izuzetno vruće (poput Venere) do ekstremno hladne hladnoće.
A što se tiče vremenskih sustava, stvari mogu biti ekstremno ekstremne: planeta se uopće može pohvaliti vremenom ili intenzivnim ciklonskim i prašinskim olujama koje oluje ovdje na Zemlji čine sramotom. I dok su neki potpuno neprijateljski nastrojeni prema životu kakvim ga poznajemo, s drugima bismo mogli raditi.
Ovdje imamo mnogo zanimljivih članaka o planetarnoj atmosferi u časopisu Space Magazine. Na primjer, on je Što je atmosfera?, I članci o atmosferi Merkura, Venere, Marsa, Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna,
Da biste saznali više o atmosferi, pogledajte NASA-ine stranice o atmosferskim slojevima Zemlje, Carbon Cycle i kako se atmosfera Zemlje razlikuje od svemira.
Astronomy Cast ima epizodu na izvoru atmosfere.
