Ovdje na Zemlji, svoju atmosferu uzimamo zdravo za gotovo, i to ne bez razloga. Naša atmosfera ima lijepu mješavinu dušika i kisika (78% odnosno 21%) s količinama vodene pare, ugljičnog dioksida i drugih plinovitih molekula u tragovima. Štoviše, uživamo u atmosferskom tlaku od 101,325 kPa, koji se proteže do visine od oko 8,5 km.
Ukratko, naša atmosfera je bogata i životno održava. Ali što je s ostalim planetima Sunčevog sustava? Kako se slažu u pogledu sastava i tlaka atmosfere? Zasigurno znamo da ih ljudi ne dišu i da ne mogu podržavati život. Ali koja je samo razlika između ovih kugli kamena i plina i naših?
Za početak, treba napomenuti da svaki planet u Sunčevom sustavu ima atmosferu ove ili one vrste. A oni se kreću od nevjerojatno tankih i slabašnih (kao što je Merkurova 'egzosfera') do nevjerojatno gustih i moćnih - što je slučaj sa svim plinskim divovima. A ovisno o sastavu planeta, bilo da je zemaljski ili plinski/ledeni div, plinovi koji čine njegovu atmosferu kreću se od vodika i helija do složenijih elemenata poput kisika, ugljičnog dioksida, amonijaka i metana.
Merkurova atmosfera:
Živa je prevruća i premala da zadrži atmosferu. Međutim, ima slabu i promjenjivu egzosferu koja se sastoji od vodika, helija, kisika, natrija, kalcija, kalija i vodene pare, s kombiniranom razinom tlaka od oko 10-14bar (jedan kvadrilionti Zemljinog atmosferskog tlaka). Vjeruje se da je ova egzosfera nastala od čestica zarobljenih sa Sunca, vulkanskog otplinjavanja i krhotina izbačenih u orbitu udarima mikrometeorita.
Pogled visoke razlučivosti na Merkurov sjeverni horizont. Zasluge: NASA/MESSENGER
Budući da mu nedostaje održiva atmosfera, Merkur nema načina da zadrži toplinu od Sunca. Kao rezultat toga i njegovog visokog ekscentriciteta, planet doživljava znatne varijacije u temperaturi. Dok strana koja je okrenuta prema Suncu može doseći temperaturu do 700 K (427° C), dok strana u sjeni pada do 100 K (-173° C).
Atmosfera Venere:
Površinska promatranja Venere bila su teška u prošlosti, zbog njezine iznimno guste atmosfere, koja se sastoji prvenstveno od ugljičnog dioksida s malom količinom dušika. Pri 92 bara (9,2 MPa), masa atmosfere je 93 puta veća od Zemljine atmosfere, a tlak na površini planeta je oko 92 puta veći od Zemljine površine.
Venera je također najtopliji planet u našem Sunčevom sustavu, sa srednjom temperaturom površine od 735 K (462 °C/863,6 °F). To je zbog atmosfere bogate CO² koja, zajedno s gustim oblacima sumporovog dioksida, stvara najjači efekt staklenika u Sunčevom sustavu. Iznad gustog sloja CO², gusti oblaci koji se uglavnom sastoje od sumpor-dioksida i kapljica sumporne kiseline raspršuju oko 90% sunčeve svjetlosti natrag u svemir.
Još jedan uobičajeni fenomen su Venerini snažni vjetrovi, koji dosežu brzinu do 85 m/s (300 km/h; 186,4 mph) na vrhovima oblaka i kruže oko planeta svakih četiri do pet zemaljskih dana. Pri ovoj brzini, ti se vjetrovi kreću i do 60 puta veće od brzine rotacije planeta, dok su najbrži vjetrovi na Zemlji samo 10-20% brzine rotacije planeta.
Preleti Venere također su ukazali da su njeni gusti oblaci sposoban proizvesti munje , slično kao oblaci na Zemlji. Njihova isprekidana pojava ukazuje na obrazac povezan s vremenskim aktivnostima, a stopa munje je barem polovica 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, tlak i gustoća zraka opadaju što je više u atmosferi i što je više od površine.
Najbliža Zemlji je troposfera, koja se proteže od 0 do između 12 km i 17 km (0 do 7 i 10,56 milja) iznad površine. Ovaj sloj sadrži otprilike 80% mase Zemljine atmosfere, a ovdje se također nalazi gotovo sva atmosferska vodena para ili vlaga. Kao rezultat toga, to je sloj u kojem se odvija većina Zemljinog vremena.
Stratosfera se proteže od troposfere do visine od 50 km (31 milja). Ovaj sloj se proteže od vrha troposfere do stratopauze, koja se nalazi na nadmorskoj visini od oko 50 do 55 km (31 do 34 milje). Ovaj sloj atmosfere dom je ozonskog omotača, koji je dio Zemljine atmosfere koji sadrži relativno visoke koncentracije plina ozona.
Space Shuttle Endeavour ocrtao se nasuprot atmosferi. Narančasti sloj je troposfera, bijeli sloj je stratosfera, a plavi sloj mezosfera. Zasluge: NASA
Sljedeća je mezosfera, koja se proteže na udaljenosti od 50 do 80 km (31 do 50 milja) iznad razine mora. 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 visine od oko 80 km (50 mi) do termopauze, koja je na nadmorskoj visini od 500–1000 km (310–620 mi).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 toj su nadmorskoj visini i fenomeni poznati kao polarna svjetlost i Aurara Australis poznato je da se odvijaju.
Egzosfera, koja je najudaljeniji sloj Zemljine atmosfere, proteže se od egzobaze – smještene na vrhu termosfere na visini od oko 700 km iznad razine mora – do oko 10.000 km (6.200 mi). Egzosfera se spaja s prazninom svemira, a uglavnom se sastoji od ekstremno niske gustoće vodika, helija i nekoliko težih molekula uključujući dušik, kisik i ugljični dioksid
Egzosfera se nalazi predaleko iznad Zemlje da bi bilo kakve meteorološke pojave bile moguće. Međutim, Aurora Borealis i Aurora Australis ponekad se javljaju u donjem dijelu egzosfere, gdje se preklapaju u termosferu.
Fotografija aurore koju je snimio astronaut Doug Wheelock s Međunarodne svemirske postaje 25. srpnja 2010. Zasluge: NASA/Johnson Space Center
Prosječna površinska temperatura na Zemlji je približno 14°C; ali kao što je već navedeno, to varira. Na primjer, najtoplija temperatura ikada zabilježena na Zemlji bila je 70,7°C (159°F), što je snimljeno u pustinji Lut u Iranu. U međuvremenu, najniža temperatura ikada zabilježena na Zemlji izmjerena je na sovjetskoj postaji Vostok na Antarktičkoj visoravni, dosegnuvši povijesno najnižu temperaturu 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 promjera 1,5 mikrometara, što je ono što Marsovskom nebu daje žućkastu boju kada se gleda s površine. Atmosferski tlak na Marsu kreće se od 0,4 – 0,87 kPa, što je ekvivalentno oko 1% Zemljinog na razini mora.
Zbog svoje 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), s najnižom od -143 °C (-225,4 °F) tijekom zime na polovima, a najvišom od 35 °C (95 °F) tijekom ljeta i podne na ekvatoru.
Planet također doživljava oluje prašine, koje se mogu pretvoriti u ono što nalikuje malim tornadom. Veće prašne oluje nastaju kada se prašina otpuhne u atmosferu i zagrije od Sunca. Topliji zrak ispunjen prašinom diže se i vjetrovi postaju jači, stvarajući oluje koje mogu doseći i tisuće kilometara u širinu i potrajati mjesecima. Kada postanu ovako velike, zapravo mogu blokirati većinu površine od pogleda.
Mars, kako izgleda danas, s vrlo tankom i slabom atmosferom. Zasluge: NASA
Količine metana u tragovima također su otkrivene u atmosferi Marsa, s procijenjenom koncentracijom od oko 30 dijelova na milijardu (ppb). Pojavljuje se u proširenim perjanicama, a profili impliciraju da je metan ispušten iz određenih regija - od kojih se prva nalazi između Isidisa i Utopia Planitia (30°N 260°W), a druga u Arabia Terra (0°N 310° W).
Amonijak je također probno detektiran na MarsuMars Expresssatelit, ali s relativno kratkim vijekom trajanja. Nije jasno što ga je proizvelo, ali vulkanska aktivnost je predložena kao mogući izvor.
Jupiterova atmosfera:
Slično kao i Zemlja, Jupiter doživljava aurore u blizini njezina sjevernog i južnog pola. Ali na Jupiteru je auroralna aktivnost mnogo intenzivnija i rijetko prestaje. Intenzivno zračenje, Jupiterovo magnetsko polje i obilje materijala iz Iovih vulkana koji reagiraju s Jupiterovom ionosferom stvaraju svjetlosni show koji je uistinu spektakularan.
Jupiter također doživljava nasilne vremenske prilike . Brzine vjetra od 100 m/s (360 km/h) uobičajene su u zonskim mlaznjacima i mogu doseći i do 620 km/h (385 mph). Oluje nastaju u roku od nekoliko sati i preko noći mogu postati tisuće kilometara u promjeru. Jedna oluja, Velika crvena mrlja , bjesni barem od kraja 1600-ih. Oluja se kroz svoju povijest smanjivala i širila; ali 2012. sugerirano je da Divovska crvena pjega moglo bi na kraju nestati .
Jupiter je neprestano prekriven oblacima koji se sastoje od kristala amonijaka i možda amonijevog hidrosulfida. Ovi oblaci se nalaze u tropopauzi i raspoređeni su u pojaseve različitih geografskih širina, poznatih kao 'tropska područja'. Sloj oblaka dubok je samo oko 50 km (31 mi) i sastoji se od najmanje dva sloja oblaka: debele donje palube i tanke jasnije regije.
Može postojati i tanak sloj vodeni oblaci ispod sloja amonijaka, o čemu svjedoče bljeskovi munje otkrivene u atmosferi Jupitera, što bi bilo uzrokovano polarnošću vode stvarajući razdvajanje naboja potrebno za munje. Promatranja ovih električnih pražnjenja pokazuju da oni mogu biti i do tisuću puta snažniji od onih koji se promatraju ovdje na Zemlji.
Saturnova atmosfera:
Vanjski atmosfere Saturna sadrži 96,3% molekularnog vodika i 3,25% helija po volumenu. Poznato je i da plinski div sadrži teže elemente, iako omjer njih u odnosu na vodik i helij nije poznat. Pretpostavlja se da bi odgovarali iskonskom obilju iz formiranja Sunčevog sustava.
U Saturnovoj atmosferi također su otkrivene količine amonijaka, acetilena, etana, propana, fosfina i metana u tragovima.Gornji oblaci se sastoje od kristali amonijaka , dok se čini da se oblaci niže razine sastoje ili od amonijevog hidrosulfida (NH4SH) ili voda . Ultraljubičasto zračenje sa Sunca uzrokuje fotolizu metana u gornjim slojevima atmosfere, što dovodi do niza kemijskih reakcija ugljikovodika s rezultirajućim produktima koji se prenose prema dolje vrtložnim vrtlozima i difuzijom.
Saturnova atmosfera pokazuje prugasti uzorak sličan Jupiterovoj, ali Saturnove vrpce su mnogo slabije i šire u blizini ekvatora. Kao i kod Jupiterovih oblačnih slojeva, oni su podijeljeni na gornji i donji sloj, koji se razlikuju po sastavu ovisno o dubini i pritisku. U gornjim slojevima oblaka, s temperaturama u rasponu od 100–160 K i tlakovima između 0,5–2 bara, oblaci se sastoje od amonijačnog leda.
Oblaci vodenog leda počinju na razini na kojoj je tlak oko 2,5 bara i protežu se do 9,5 bara, gdje su temperature u rasponu od 185–270 K. U ovom sloju je pomiješana traka leda amonijevog hidrosulfida, koja leži u rasponu tlaka 3–6 bar s temperaturama od 290–235 K. Konačno, niži slojevi, gdje su tlakovi između 10–20 bara i temperature 270–330 K, sadrže područje kapljica vode s amonijakom u vodenoj otopini.
S vremena na vrijeme, Saturnova atmosfera pokazuje dugovječne ovalne oblike, slične onome što se obično opaža na Jupiteru. Dok Jupiter ima Veliku crvenu pjegu, Saturn povremeno ima ono što je poznato kao Velika bijela pjega (aka. Veliki bijeli oval). Ovaj jedinstveni, ali kratkotrajni fenomen događa se jednom svake Saturnove godine, otprilike svakih 30 zemaljskih godina, otprilike u vrijeme ljetnog solsticija sjeverne hemisfere.
Te točke mogu biti široke nekoliko tisuća kilometara, a opažene su 1876., 1903., 1933., 1960. i 1990. godine. Od 2010. veliki pojas bijelih oblaka zvan Sjeverni elektrostatički poremećaj primijećeni su kako obavija Saturn, što je uočila svemirska sonda Cassini. Ako se zadrži periodična priroda ovih oluja, dogodit će se još jedna oko 2020.
Vjetrovi na Saturnu drugi su najbrži među planetima Sunčevog sustava, nakon Neptuna. Podaci Voyagera ukazuju na vršne istočne vjetrove od 500 m/s (1800 km/h). Saturnov sjeverni i južni pol također su pokazali dokaze olujnog vremena. Na sjevernom polu to ima oblik šesterokutnog valnog uzorka, dok južni pokazuje dokaze masivnog mlaza.
The postojani heksagonalni valni uzorak oko sjevernog pola prvi put je zabilježen uPutovatislike. Svaka strana šesterokuta dugačka je oko 13 800 km (8 600 milja) (što je duže od promjera Zemlje) i struktura se rotira s periodom od 10 h 39 m 24 s, što se pretpostavlja da je jednako periodu rotacije Saturnova unutrašnjost.
U međuvremenu je vrtlog južnog pola prvi put promatran pomoću Svemirski teleskop Hubble . Ove slike su ukazivale na prisutnost mlaza, ali ne i na šesterokutni stajaći val. Procjenjuje se da ove oluje stvaraju vjetrove od 550 km/h, po veličini su usporedive sa Zemljom i vjeruje se da traju milijardama godina. 2006. svemirska sonda Cassini promatrao oluju nalik uraganu koji je imao jasno definirano oko. Takve oluje nisu uočene ni na jednom planetu osim na Zemlji - čak ni na Jupiteru.
Atmosfera Urana:
Kao i kod Zemlje, atmosfera Urana podijeljena je na slojeve, ovisno o temperaturi i tlaku. Poput ostalih plinskih divova, planet nema čvrstu površinu, a znanstvenici definiraju površinu kao područje u kojem atmosferski tlak prelazi jedan bar (tlak na Zemlji na razini mora). Atmosferom se smatra i sve što je dostupno mogućnostima daljinskog otkrivanja – što se proteže do otprilike 300 km ispod razine od 1 bara.
Dijagram unutrašnjosti Urana. Zasluga: javno vlasništvo
Koristeći ove referentne točke, Uranova atmosfera može se podijeliti u tri sloja. Prva je troposfera, između visina 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 10-10bar (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, pri čemu je gornja regija najhladniji u Sunčevom sustavu . Područje tropopauze odgovorno je za veliku većinu Uranovih toplinskih infracrvenih emisija, određujući tako njegovu efektivnu temperaturu od 59,1 ± 0,3 K.
Unutar troposfere su slojevi oblaka - vodeni oblaci na najnižim tlakovima, s oblacima amonijevog hidrosulfida iznad njih. Slijede oblaci amonijaka i sumporovodika. Konačno, na vrhu su ležali tanki oblaci metana.
U stratosferi, temperature se kreću od 53 K (-220 °C/-364 °F) na gornjoj razini do između 800 i 850 K (527 – 577 °C/980 – 1070 °F) u podnožju termosfere, uglavnom zahvaljujući zagrijavanju uzrokovanom sunčevim zračenjem. Stratosfera sadrži etan smog, koji može doprinijeti dosadnom izgledu planeta. Acetilen i metan su također prisutni, a ove maglice pomažu u zagrijavanju stratosfere.
Uran, kako ga je snimio svemirski teleskop Hubble. Kredit za sliku: NASA/Hubble
Najudaljeniji sloj, termosfera i korona, protežu se od 4000 km do čak 50 000 km od površine. Ovo područje ima ujednačenu temperaturu od 800-850 (577 °C/1,070 °F), iako znanstvenici nisu sigurni koji je razlog tome. Budući da je udaljenost Urana od Sunca tako velika, količina apsorbirane sunčeve svjetlosti ne može biti primarni uzrok.
Poput Jupitera i Saturna, Uranovo vrijeme slijedi sličan obrazac gdje su sustavi razbijeni u pojaseve koji se rotiraju oko planeta, a koji su potaknuti 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 primijetio svemirski teleskop Hubble 2012. Slično Jupiterovoj Velikoj crvenoj pjegi, ovo ' Tamna mrlja ” je bio divovski vrtlog oblaka koji je mjerio 1.700 sa 3.000 kilometara (1.100 milja sa 1.900 milja).
Neptunova atmosfera:
Na velikim visinama, Neptunova atmosfera je 80% vodika i 19% helija, uz tragove metana. Kao i kod Urana, ova apsorpcija crvene svjetlosti atmosferskim metanom dio je onoga što Neptunu daje plavu nijansu, iako je Neptunova tamnija i življa. Budući da je Neptunov atmosferski sadržaj metana sličan onom u Uranu, smatra se da neki nepoznati sastojak doprinosi intenzivnijoj boji Neptuna.
Neptunova atmosfera podijeljena je na dvije glavne regije: donju troposferu (gdje temperatura opada s visinom) i stratosferu (gdje temperatura raste s visinom). Granica između njih, tropopauza, leži na tlaku od 0,1 bara (10 kPa). Stratosfera tada ustupa mjesto termosferi pri tlaku nižem od 10-5do 10-4mikrobarovi (1 do 10 Pa), koji postupno prelazi u egzosferu.
Neptunovi spektri sugeriraju da je njegova donja stratosfera zamagljena zbog kondenzacije produkata uzrokovanih interakcijom ultraljubičastog zračenja i metana (tj. fotolizom), koja proizvodi spojeve kao što su etan i etin. Stratosfera je također dom za tragove ugljičnog monoksida i vodikovog cijanida, koji su odgovorni za to što je Neptunova stratosfera toplija od Uranove.
Modificirana slika u boji/kontrast koja naglašava Neptunove atmosferske značajke, uključujući brzinu vjetra. Zasluge Erich Karkoschka)
Iz razloga koji ostaju nejasni, termosfera planeta doživljava neuobičajeno visoke temperature od oko 750 K (476,85 °C/890 °F). Planet je predaleko od Sunca da bi se ova toplina mogla generirati ultraljubičastim zračenjem, što znači da je uključen još jedan mehanizam grijanja – što može biti interakcija atmosfere s ionima u magnetskom polju planeta ili gravitacijski valovi iz unutrašnjosti planeta koji se raspršuju u atmosfera.
Budući da Neptun nije čvrsto tijelo, njegova atmosfera prolazi kroz diferencijalnu rotaciju. Široka ekvatorijalna zona rotira se s periodom od oko 18 sati, što je sporije od rotacije magnetskog polja planeta od 16,1 sata. Nasuprot tome, obrnuto vrijedi za polarna područja u kojima je period rotacije 12 sati.
Ova diferencijalna rotacija je najizraženija od svih planeta u Sunčevom sustavu, a rezultira jakim smicanjem vjetra na širini i snažnim olujama. Sva tri najimpresivnija su 1989. godine uočena svemirskom sondom Voyager 2, a zatim imenovana na temelju njihovog izgleda.
Prva koja je uočena bila je ogromna anticiklonska oluja dimenzija 13.000 x 6.600 km i nalik na Velika crvena mrlja od Jupitera. Poznato kao Velika tamna mrlja , ova oluja nije uočena pet kasnije (2. studenog 1994.) kada ju je tražio svemirski teleskop Hubble. Umjesto toga, nova oluja koja je izgledala vrlo slično pronađena je na sjevernoj hemisferi planeta, što sugerira da ove oluje imaju kraći životni vijek od Jupiterove.
Rekonstrukcija slika Voyagera 2 koje prikazuju veliku crnu točku (gore lijevo), skuter (u sredini) i malu crnu točku (dolje desno). Zasluge: NASA/JPL
The Skuter je još jedna oluja, skupina bijelih oblaka koja se nalazi južnije od Velike tamne točke – nadimak koji se prvi put pojavio tijekom mjeseci koji su prethodiliPutovanje 2susret 1989. The Mala tamna mrlja , južna ciklonska oluja, bila je druga najintenzivnija oluja uočena tijekom susreta 1989. godine. U početku je bio potpuno mrak; ali kaoPutovanje 2približio se planetu, razvila se svijetla jezgra i mogla se vidjeti na većini slika u najvišoj razlučivosti.
Ukratko, svi planeti našeg Sunčevog sustava imaju neku vrstu atmosfere. A u usporedbi sa Zemljinom relativno blagom i gustom atmosferom, oni se kreću u rasponu od vrlo vrlo tanke do vrlo vrlo guste. Također se kreću u temperaturama od ekstremno vrućih (kao na Veneri) do ekstremno hladnoće.
A kada je riječ o vremenskim sustavima, stvari mogu biti jednako ekstremne, s obzirom na to da se planet uopće može pohvaliti vremenskim prilikama ili intenzivnim ciklonalnim i prašnim olujama koje sramote oluje ovdje na Zemlji. I dok su neki potpuno neprijateljski raspoloženi prema životu kakav poznajemo, s drugima bismo možda mogli surađivati.
Imamo mnogo zanimljivih članaka o planetarnoj atmosferi ovdje na Universe Today. Na primjer, on je Što je atmosfera? , te članci o atmosferi Merkur , Venera , ožujak , Jupiter , Saturn , Uran i Neptun ,
Za više informacija o atmosferi, pogledajte NASA-ine stranice na Zemljini atmosferski slojevi , Ugljični ciklus , i kako Zemljina atmosfera se razlikuje od svemira .
Astronomy Cast ima epizodu izvor atmosfere .