Тут, на Землі, ми прагнемо сприймати нашу атмосферу як належне, і не без підстав. В нашій атмосфері чудова суміш азоту та кисню (78% та 21% відповідно) із слідами водяної пари, вуглекислого газу та інших газоподібних молекул. Більше того, ми насолоджуємось атмосферним тиском 101,325 кПа, який простягається на висоту близько 8,5 км.
Коротше кажучи, наша атмосфера рясна і життєзабезпечна. А як щодо інших планет Сонячної системи? Як вони складаються за атмосферним складом та тиском? Ми фактично знаємо, що вони не дихають людиною і не можуть підтримувати життя. Але тільки в чому різниця між цими кулями скелі та газу від наших власних?
Для початку слід зазначити, що кожна планета Сонячної системи має атмосферу того чи іншого виду. І вони варіюються від неймовірно тонкої та поважної (наприклад, "екзосфера" Меркурія) до неймовірно щільної та потужної - що стосується всіх газових гігантів. І залежно від складу планети, будь то земний або газо / льодовий гігант, гази, що складають його атмосферу, коливаються від водню та гелію до складніших елементів, таких як кисень, вуглекислий газ, аміак та метан.
Атмосфера Меркурія:
Ртуть занадто гаряча і занадто мала, щоб зберегти атмосферу. Однак у нього є млява і змінна екзосфера, що складається з водню, гелію, кисню, натрію, кальцію, калію та водяної пари, при комбінованому рівні тиску близько 10-14 бар (одноквадрильйонний атмосферний тиск Землі). Вважається, що ця екзосфера утворилася з частинок, захоплених від Сонця, вулканічних газів та уламків, викинутих на орбіту мікрометеоритовими ударами.
Оскільки йому не вистачає життєздатної атмосфери, Меркурій не має можливості утримувати тепло від Сонця. Внаслідок цього та його високої ексцентриситету планета відчуває значні коливання температури. Тоді як сторона, що стикається з Сонцем, може досягати температури до 700 К (427 ° С), тоді як сторона в тіні опускається до 100 К (-173 ° С).
Атмосфера Венери:
Поверхневі спостереження за Венерою були важкими в минулому через надзвичайно щільну атмосферу, яка складається в основному з вуглекислого газу з невеликою кількістю азоту. При 92 бар (9,2 МПа) атмосферна маса в 93 рази більша від атмосфери Землі, а тиск на поверхні планети приблизно в 92 рази більше, ніж на поверхні Землі.
Венера - також найгарячіша планета нашої Сонячної системи, із середньою поверхневою температурою 735 К (462 ° С / 863,6 ° F). Це пов'язано з атмосферою, багатою СО2, яка поряд з густими хмарами сірчистого газу створює найсильніший парниковий ефект у Сонячній системі. Над щільним шаром CO 2 густі хмари, що складаються переважно з двоокису сірки та крапель сірчаної кислоти, розкидають близько 90% сонячного світла назад у космос.
Ще одне поширене явище - сильний вітер Венери, який досягає швидкості до 85 м / с (300 км / год; 186,4 миль / год) на вершинах хмари і обходить планету кожні чотири-п’ять земних днів. З цією швидкістю ці вітри рухаються до 60 разів більше швидкості обертання планети, тоді як найшвидші вітри Землі становлять лише 10-20% від швидкості обертання планети.
Венерині мухомор також вказали, що його щільні хмари здатні виробляти блискавки, як і хмари на Землі. Їх переривчаста поява вказує на закономірність, пов’язану з погодними діями, а швидкість блискавки становить щонайменше половину від Землі.
Атмосфера Землі:
Земна атмосфера, яка складається з азоту, кисню, водяної пари, вуглекислого газу та інших мікроелементів, також складається з п'яти шарів. Вони складаються з Тропосфери, Стратосфери, Мезосфери, Термосфери та Екзосфери. Як правило, тиск і щільність повітря зменшуються, чим вище йде в атмосферу, а далі - від поверхні.
Найближче до Землі - Тропосфера, яка простягається від 0 до 12 км до 17 км (від 0 до 7 та 10,56 миль) над поверхнею. Цей шар містить приблизно 80% маси земної атмосфери, і майже вся атмосферна водяна пара або волога також є тут. Як результат, це шар, де відбувається більшість погодних умов Землі.
Стратосфера простягається від Тропосфери до висоти 50 км (31 миль). Цей шар простягається від вершини тропосфери до стратопаузи, яка знаходиться на висоті приблизно від 50 до 55 км (від 31 до 34 миль). Цей шар атмосфери є озоновим шаром, який є частиною атмосфери Землі, яка містить відносно високі концентрації озонового газу.
Далі - мезосфера, яка простягається на відстані від 50 до 80 км (31 - 50 миль) над рівнем моря. Це найхолодніше місце на Землі і має середню температуру близько -85 ° C (-120 ° F; 190 K). Термосфера, другий за висотою шар атмосфери, простягається від висоти приблизно 80 км (50 миль) до термопаузи, що знаходиться на висоті 500–1000 км (310–620 миль).
У нижній частині термосфери, від 80 до 550 кілометрів (від 50 до 342 миль), міститься іоносфера - яку так називають, оскільки саме тут в атмосфері частинки іонізуються сонячним випромінюванням. Цей шар абсолютно безхмарний і не містить водяної пари. Саме на цій висоті, як відомо, мають місце явища, відомі як Aurora Borealis і Aurara Australis.
Екзосфера, що є найвіддаленішим шаром атмосфери Землі, простягається від екзобази - розташованої у верхній частині термосфери на висоті близько 700 км над рівнем моря - приблизно до 10000 км (6200 миль). Екзосфера зливається з порожнечею космосу і складається в основному з надзвичайно низькою щільністю водню, гелію та кількох важчих молекул, включаючи азот, кисень та вуглекислий газ
Екзосфера розташована надто далеко над Землею, щоб можливі будь-які метеорологічні явища. Однак Aurora Borealis і Aurora Australis іноді трапляються в нижній частині екзосфери, де вони перетинаються в термосферу.
Середня температура поверхні на Землі приблизно 14 ° C; але, як уже зазначалося, це змінюється. Наприклад, найгарячіша температура, яка коли-небудь зафіксована на Землі, була 70,7 ° C (159 ° F), яку взяли в Іранській пустелі Лут. Тим часом найхолоднішу температуру, яку коли-небудь зафіксували на Землі, вимірювали на радянській станції "Восток" на Антарктичному плато, досягаючи історичного мінімуму -89,2 ° C (-129 ° F).
Атмосфера Марса:
На планеті Марс дуже тонка атмосфера, яка складається з 96% вуглекислого газу, 1,93% аргону та 1,89% азоту, а також сліди кисню та води. Атмосфера є досить запиленою, містить частинки, які вимірюють 1,5 мікрометра в діаметрі, саме це надає марсіанському небі русявого кольору, коли його видно з поверхні. Атмосферний тиск на Марсі коливається від 0,4 - 0,87 кПа, що еквівалентно приблизно 1% від рівня Землі на рівні моря.
Через свою тонку атмосферу та більшу віддаленість від Сонця температура поверхні Марса значно холодніша, ніж те, що ми відчуваємо тут, на Землі. Середня температура планети становить -46 ° C (51 ° F), при низькій температурі -143 ° C (-225,4 ° F) протягом зими на полюсах, а висока 35 ° C (95 ° F) влітку і полудень на екваторі.
На планеті також трапляються пилові бурі, які можуть перетворитись на те, що нагадує маленькі торнадо. Більш великі пилові бурі виникають, коли пил вдувається в атмосферу і нагрівається від Сонця. Повітря, наповнене пилом, піднімається, а вітри посилюються, створюючи шторми, які можуть вимірювати до тисячі кілометрів в ширину і тривати місяцями за один раз. Коли вони набудуть такого великого розміру, вони можуть фактично заблокувати більшу частину поверхні з виду.
В атмосфері Марсія також було виявлено сліди метану, орієнтовна концентрація яких становить близько 30 частин на мільярд (проміле). Він зустрічається у розширених шлейфах, і з профілів випливає, що метан був вивільнений із конкретних регіонів - перший з яких розташований між Ісідісом та Утопією Плантітією (30 ° С 260 ° З.ш.), а другий - в Аравійській Террі (0 ° С 310 ° С) Ш).
Аміак також був попередньо виявлений на Марсі Mars Express супутник, але з відносно коротким терміном експлуатації. Не ясно, що це призвело, але вулканічна активність була запропонована як можливе джерело.
Атмосфера Юпітера:
Так само, як і Земля, Юпітер відчуває полярне сяйво біля північного та південного полюсів. Але на Юпітері полярна активність значно інтенсивніша і рідко колись припиняється. Інтенсивне випромінювання, магнітне поле Юпітера та велика кількість матеріалів з вулканів Іо, які реагують на іоносферу Юпітера, створюють світлове шоу, яке є справді вражаючим.
Юпітер також відчуває жорстокі погоди. Швидкість вітру 100 м / с (360 км / год) поширена в зональних струменях і може досягати 620 км / год (385 миль / год). Бурі утворюються протягом декількох годин і за добу можуть перетворюватися на тисячі км в діаметрі. Одна буря, Велика Червона пляма, вирує щонайменше з кінця 1600-х років. Шторм зменшувався і розширювався протягом усієї своєї історії; але в 2012 році було припущено, що Гігантська Червона пляма може врешті зникнути.
Юпітер постійно вкритий хмарами, складеними з кристалів аміаку та, можливо, гідросульфіду амонію. Ці хмари розташовані в тропопаузі і розташовані в смуги різної широти, відомі як "тропічні регіони". Хмарний шар становить лише близько 50 км (31 миль) в глибину і складається з щонайменше двох колод хмар: товстої нижньої колоди і тонкої чіткішої області.
Також може бути тонкий шар водяних хмар, що лежать під шаром аміаку, про що свідчать спалахи блискавки, виявлені в атмосфері Юпітера, що може бути викликане полярністю води, що створює розділення заряду, необхідного для блискавки. Спостереження за цими електричними розрядами свідчать про те, що вони можуть бути в тисячу разів потужнішими, ніж ті, що спостерігаються тут на Землі.
Атмосфера Сатурна:
Зовнішня атмосфера Сатурна містить 96,3% молекулярного водню та 3,25 об.% Гелію. Газовий гігант також, як відомо, містить більш важкі елементи, хоча його співвідношення відносно водню та гелію невідомі. Передбачається, що вони б відповідали первісному достатку від формування Сонячної системи.
Також в атмосфері Сатурна виявлено сліди аміаку, ацетилену, етану, пропану, фосфіну та метану. Верхня хмара складається з кристалів аміаку, а хмари нижнього рівня складаються з гідросульфіду амонію (NH4SH) або води. Ультрафіолетове випромінювання від Сонця спричиняє фотоліз метану у верхній атмосфері, що призводить до ряду хімічних реакцій вуглеводнів, при цьому отримані продукти переносяться вниз шляхом вихрових і дифузійних реакцій.
В атмосфері Сатурна виявляється смугастий малюнок, схожий на Юпітер, але смуги Сатурна набагато слабкіші і ширші біля екватора. Як і у хмарних шарах Юпітера, вони поділяються на верхній і нижній шари, які залежать від складу залежно від глибини та тиску. У верхніх шарах хмари з температурою в межах 100–160 К та тиском між 0,5–2 бар хмари складаються з аміачного льоду.
Водні льодові хмари починаються на рівні, коли тиск становить близько 2,5 бар і поширюються до 9,5 бар, де температура становить від 185-270 К. Перемішана в цьому шарі смуга гідросульфідного льоду амонію, що лежить у діапазоні тиску 3–6 бар з температурою 290-235 К. Нарешті, нижні шари, де тиск становить від 10–20 бар до температури 270–330 К, містять у водному розчині область крапель води з аміаком.
Інколи атмосфера Сатурна демонструє довговічні овали, подібні до того, що зазвичай спостерігається на Юпітері. Тоді як Юпітер має Велику Червону пляму, Сатурн періодично має те, що відоме як Велика Біла пляма (ака. Великий Білий Овал). Це унікальне, але недовговічне явище виникає раз на сатурніанський рік, приблизно кожні 30 земних років, приблизно в часі літнього сонцестояння північної півкулі.
Ці плями можуть бути шириною декількох тисяч кілометрів, і їх спостерігали у 1876, 1903, 1933, 1960 та 1990 роках. Починаючи з 2010 року, велика смуга білих хмар під назвою Північне електростатичне збурення спостерігала обволікання Сатурна, який був помічений космічний зонд Кассіні. Якщо періодичний характер цих штормів зберігається, приблизно до 2020 року відбудеться ще одна.
Вітри на Сатурні - це другий найшвидший серед планет Сонячної системи після Нептуна. Дані Voyager вказують на пікові східні вітри 500 м / с (1800 км / год). Північний і південний полюси Сатурна також показали бурхливу погоду. На північному полюсі це має форму шестикутної хвильової картини, тоді як на південному показані масивні струмінні потоки.
Стійка шестикутна хвильова картина навколо північного полюса була вперше відзначена в Вояджер образи. Сторони шестикутника довжиною приблизно 13 800 км (що довше діаметра Землі), і структура обертається з періодом 10h 39m 24s, що вважається рівним періоду обертання Інтер'єр Сатурна.
Тим часом вихор південного полюса вперше спостерігався за допомогою космічного телескопа Хаббла. Ці зображення вказували на наявність струменевого потоку, але не шестикутної стоячої хвилі. За оцінкою цих штормів породжують вітри 550 км / год, за розмірами можна порівняти із Землею, і, як вважають, вони тривали протягом мільярдів років. У 2006 році космічний зонд Кассіні спостерігав ураган, схожий на ураган, що мав чітко окреслене око. Такі бурі не спостерігалися ні на одній планеті, окрім Землі - навіть на Юпітері.
Атмосфера Урана:
Як і на Землі, атмосфера Урана розбивається на шари, залежно від температури та тиску. Як і інші газові гіганти, планета не має міцної поверхні, і вчені визначають поверхню як область, де атмосферний тиск перевищує один бар (тиск, виявлений на Землі на рівні моря). Все, доступне для дистанційного зондування - яке простягається приблизно на 300 км нижче рівня 1 бар - також вважається атмосферою.
За допомогою цих опорних точок атмосферу Урана можна розділити на три шари. Перший - тропосфера, між висотами -300 км під поверхнею та 50 км над нею, де тиск коливається від 100 до 0,1 бар (10 МПа до 10 кПа). Другий шар - стратосфера, яка досягає між 50 і 4000 км і відчуває тиск між 0,1 і 10-10 бар (від 10 кПа до 10 мкПа).
Тропосфера - найгустіший шар в атмосфері Урана. Тут температура коливається від 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) в основі (-300 км) до 53 K (-220 ° C / -364 ° F) на 50 км, при цьому верхня область є найхолоднішою у Сонячній системі. Регіон тропопаузи відповідає за переважну більшість теплових інфрачервоних викидів Урана, таким чином визначаючи його ефективну температуру 59,1 ± 0,3 К.
Усередині тропосфери розташовані шари хмар - водні хмари при найменших тисках, над ними - гідросульфідні хмари амонію. Далі йдуть аміачні та сірководневі хмари. Нарешті, на верху лежали тонкі метанові хмари.
У стратосфері температура становить від 53 K (-220 ° C / -364 ° F) на верхньому рівні до 800 - 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) в основі термосфери, в основному завдяки нагріванню, спричиненому сонячним випромінюванням. Стратосфера містить етановий смог, який може сприяти нудному вигляду планети. Ацетилен і метан також присутні, і ці серпанки допомагають зігріти стратосферу.
Найбільш зовнішній шар, термосфера та корона, простягаються від 4 000 км до висоти, що становить 50 000 км від поверхні. У цьому регіоні рівномірна температура 800-850 (577 ° C / 1,070 ° F), хоча вчені не впевнені у своїй причині. Оскільки відстань до Урана від Сонця настільки велика, кількість поглинутого сонячного світла не може бути основною причиною.
Як і Юпітер, і Сатурн, погода Урана дотримується аналогічної картини, коли системи розбиваються на смуги, що обертаються навколо планети, які рухаються внутрішнім теплом, що піднімається до верхньої атмосфери. Як результат, вітри на Урані можуть досягати до 900 км / год (560 миль / год), створюючи масивні шторми, схожі на ту, яку помітив космічний телескоп Хаббл у 2012 році. Подібно до Великої Червоної плями Юпітера, ця "Темна пляма" була гігантом хмарний вихор, який вимірював 1700 кілометрів на 3000 кілометрів (1100 миль на 1900 миль).
Атмосфера Нептуна:
На великих висотах атмосфера Нептуна становить 80% водню та 19% гелію, із слідом кількості метану. Як і з Ураном, таке поглинання червоного світла атмосферним метаном є частиною того, що надає Нептуну його блакитний відтінок, хоча Нептун темніший і яскравіший. Оскільки вміст метану в Нептуні схожий на вміст Урана, вважається, що невідомий компонент сприяє більш інтенсивному забарвленню Нептуна.
Атмосфера Нептуна поділяється на дві основні області: нижню тропосферу (де температура зменшується з висотою) та стратосферу (де температура зростає з висотою). Межа між ними, тропопауза, лежить під тиском 0,1 бар (10 кПа). Потім стратосфера поступається місцем термосфері при тиску нижче 10-5 до 10-4 мікробар (1 до 10 Па), який поступово переходить до екзосфери.
Спектри Нептуна дозволяють припустити, що нижня стратосфера туманна через конденсацію продуктів, спричинену взаємодією ультрафіолетового випромінювання та метану (тобто фотолізу), який утворює такі сполуки, як етан та етин. Стратосфера також є домом для відстеження кількості оксиду вуглецю та ціаніду водню, які відповідають за те, що стратосфера Нептуна тепліша, ніж урана.
З причин, які залишаються неясними, термосфера планети відчуває незвично високу температуру близько 750 К (476,85 ° С / 890 ° F). Планета знаходиться занадто далеко від Сонця для того, щоб ця тепло генерувалася ультрафіолетовим випромінюванням, а це означає, що задіяний інший механізм нагрівання - який може бути взаємодією атмосфери з іонами в магнітному полі планети або гравітаційними хвилями від внутрішніх частин планети, які розсіюються в атмосфера.
Оскільки Нептун не є твердим тілом, його атмосфера зазнає диференціального обертання. Широка екваторіальна зона обертається з періодом близько 18 годин, що повільніше, ніж 16,1-годинне обертання магнітного поля планети. Навпаки, зворотне стосується полярних областей, де період обертання становить 12 годин.
Таке диференційоване обертання є найбільш вираженим з будь-якої планети Сонячної системи, і призводить до сильних широтних зрушень вітру та бурхливих штормів. Три найбільш вражаючі були помічені у 1989 році космічним зондом Voyager 2, а потім названі на основі їхніх виступів.
Першим був помічений масивний антициклонічний шторм розміром 13 000 х 6 600 км і нагадував Велику Червону пляму Юпітера. Відома як Велика Темна пляма, ця буря не була помічена п'ятьма пізніше (2 листопада 1994 р.), Коли космічний телескоп Хаббл шукав її. Натомість у північній півкулі планети була знайдена нова буря, яка була дуже схожа за зовнішнім виглядом, що дозволяє припустити, що ці бурі мають коротший термін життя, ніж у Юпітера.
Скутер - це ще одна гроза, біла хмарна група, розташована далі на південь, ніж Велика Темна пляма - прізвисько, яке вперше виникло протягом місяців, що призводили до Вояджер 2 Зустріч у 1989 році. Маленька темна пляма, південна циклонічна буря, була другою найінтенсивнішою бурею, яку спостерігали під час зустрічі 1989 року. Спочатку було зовсім темно; але як Вояджер 2 наблизився до планети, розвинене яскраве ядро і його можна побачити на більшості зображень з найвищою роздільною здатністю.
Підсумовуючи, всі планети нашої Сонячної системи мають атмосферу свого роду. І порівняно із відносно м'якою та густою атмосферою Землі, вони розподіляють гаму між дуже тонкою та дуже щільною. Вони також коливаються в діапазоні температур від надзвичайно спекотного (як на Венері) до сильного морозу.
Що ж стосується погодних систем, то справи можуть бути настільки ж екстремальними, коли планета може похвалитися взагалі погодою, або інтенсивними циклонічними та пиловими бурями, які спричиняють сором тут бурхливій землі на Землі. І хоча одні цілком вороже ставляться до життя, як ми його знаємо, з іншими ми можемо працювати.
У нас є багато цікавих статей про планетарну атмосферу, що знаходиться тут у журналі Space Наприклад, він "Що таке атмосфера?", А також статті про атмосферу Меркурія, Венери, Марса, Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна,
Щоб отримати додаткові відомості про атмосферу, перегляньте сторінки НАСА про атмосферні шари Землі, вуглецевий цикл та те, як атмосфера Землі відрізняється від космосу.
У ролях астрономії є епізод про джерело атмосфери.
