Tu na Zemlji svoje ozračje ponavadi jemljemo kot samoumevno in to ne brez razloga. V našem ozračju je čudovita mešanica dušika in kisika (78% oziroma 21%) s količino vodne pare, ogljikovega dioksida in drugih plinastih molekul v sledovih. Še več, uživamo v atmosferskem tlaku 101,325 kPa, ki sega do nadmorske višine približno 8,5 km.
Skratka, naše ozračje je obilno in življenjsko vzdržno. Kaj pa drugi planeti Osončja? Kako se zlagajo glede na sestavo ozračja in pritisk? V resnici vemo, da ljudje ne dihajo in ne morejo podpirati življenja. Toda le kakšna je razlika med temi kroglami kamna in plina in našimi?
Za začetek je treba opozoriti, da ima vsak planet v Osončju takšno ali drugačno ozračje. Te pa segajo od neverjetno tanke in rahle (kot je "eksosfera Merkurja") do neverjetno gostega in močnega - kar velja za vse plinske velikane. In odvisno od sestave planeta, ne glede na to, ali gre za kopenski ali plinski / ledeni velikan, se plini, ki sestavljajo njegovo atmosfero, gibljejo od vodika in helija do kompleksnejših elementov, kot so kisik, ogljikov dioksid, amonijak in metan.
Atmosfera živega srebra:
Živo srebro je prevroče in premalo, da bi ohranilo ozračje. Vendar pa ima ten in spremenljivo eksosfero, ki jo sestavljajo vodik, helij, kisik, natrij, kalcij, kalij in vodna para, s skupno stopnjo tlaka približno 10-14 bar (ena štirilioninina zemeljskega atmosferskega tlaka). Verjame se, da je ta eksosfera nastala iz delcev, ujetih s Sonca, vulkanskega odstranjevanja plinov in naplavin, ki so jih z mikrometeoritnimi sunki vrgli v orbito.
Ker mu primanjkuje vzdržne atmosfere, Merkur nima možnosti, da zadrži toploto Sonca. Zaradi tega in njegove velike ekscentričnosti na planetu občutno nihajo temperature. Medtem ko stran, ki je obrnjena proti Soncu, lahko doseže temperature do 700 K (427 ° C), medtem ko stran v senci pada do 100 K (-173 ° C).
Atmosfera Venere:
Površinska opazovanja Venere so bila v preteklosti težka, zaradi izredno goste atmosfere, ki je sestavljena predvsem iz ogljikovega dioksida z majhno količino dušika. Pri 92 bar (9,2 MPa) je atmosferska masa 93-krat večja od Zemljine atmosfere, pritisk na površini planeta pa je približno 92-krat večji od Zemljinega.
Venera je tudi najbolj vroč planet v našem Osončju s povprečno površinsko temperaturo 735 K (462 ° C / 863,6 ° F). Razlog za to je atmosfera bogata s CO2, ki skupaj z gostimi oblaki žveplovega dioksida ustvarja najmočnejši toplogredni učinek v Osončju. Nad gosto plastjo CO² se debeli oblaki, sestavljeni predvsem iz žveplovega dioksida in kapljic žveplove kisline, razpršijo približno 90% sončne svetlobe nazaj v vesolje.
Drug pogost pojav so Venerovi močni vetrovi, ki dosežejo hitrost do 85 m / s (300 km / h; 186,4 mph) v vrhovih oblakov in krožijo planet na vsake štiri do pet zemeljskih dni. Pri tej hitrosti se ti vetrovi gibljejo do 60-krat večjo od hitrosti vrtenja planeta, medtem ko najhitrejši vetrovi Zemlje znašajo le 10-20% hitrosti vrtenja planeta.
Venerine muhe so tudi nakazale, da so njeni gosti oblaki sposobni proizvajati strele, podobno kot oblaki na Zemlji. Njihov vmesni videz kaže na vzorec, povezan z vremensko aktivnostjo, stopnja strele pa je vsaj polovica tiste na Zemlji.
Atmosfera Zemlje:
Zemeljska atmosfera, ki jo sestavljajo dušik, kisik, vodna para, ogljikov dioksid in drugi plini v sledovih, prav tako sestavlja pet plasti. Ti so sestavljeni iz troposfere, stratosfere, mezosfere, termosfere in eksosfere. Zračni tlak in gostota se praviloma zmanjšujeta, višji gre v ozračje, dlje pa od površine.
Najbližje Zemlji je Troposfera, ki se razteza od 0 do 12 km in 17 km (0 do 7 in 10,56 mi) nad površjem. Ta plast vsebuje približno 80% mase Zemljine atmosfere, skoraj vsa atmosferska vodna para ali vlaga pa je tudi tukaj. Kot rezultat tega je plast, kjer poteka večina Zemljinega vremena.
Stratosfera se razprostira od Troposfere do nadmorske višine 50 km (31 milj). Ta plast sega od vrha troposfere do stratopavze, ki je na nadmorski višini približno 50 do 55 km (31 do 34 milj). Ta plast ozračja je dom ozonske plasti, ki je del Zemljine atmosfere, ki vsebuje relativno visoke koncentracije ozonskega plina.
Sledi mezofera, ki se razprostira na razdalji 50 do 80 km (31 do 50 milj) nadmorske višine. Je najhladnejši kraj na Zemlji in ima povprečno temperaturo okoli -85 ° C (-120 ° F; 190 K). Termosfera, druga najvišja plast ozračja, se razteza od nadmorske višine približno 80 km do termopavze, ki je na nadmorski višini 500–1000 km (310–620 milj).
Spodnji del termosfere, od 80 do 550 kilometrov (50 do 342 milj), vsebuje ionosfero - tako se imenuje, ker se tu v atmosferi delci ionizirajo s sončnim sevanjem. Ta plast je popolnoma brez oblaka in brez vodne pare. Prav na tej nadmorski višini je znano, da se odvijata pojava, imenovana Aurora Borealis in Aurara Australis.
Eksosfera, ki je najbolj zunanja plast Zemljine atmosfere, se razprostira od eksobaze - ki se nahaja na vrhu termosfere na nadmorski višini približno 700 km - do približno 10.000 km (6.200 milj). Eksosfera se spoji s praznino vesolja in jo v glavnem sestavljajo izjemno nizke gostote vodika, helija in več težjih molekul, vključno z dušikom, kisikom in ogljikovim dioksidom
Eksofera se nahaja predaleč nad Zemljo, da bi bili možni kakršni koli meteorološki pojavi. Vendar se Aurora Borealis in Aurora Australis včasih pojavita v spodnjem delu eksosfere, kjer se prekrivata v termosferi.
Povprečna površina na Zemlji je približno 14 ° C; vendar kot že omenjeno, se to razlikuje. Na primer, najbolj vroča temperatura na svetu, ki je bila kdajkoli zabeležena na Zemlji, je bila 70,7 ° C (159 ° F), ki so jo posneli v iranski puščavi Lut. Medtem so na sovjetski postaji Vostok na antarktični planoti izmerili najhladnejšo temperaturo na Zemlji, ki je bila kdajkoli zabeležena, in dosegla zgodovinsko nizko -89,2 ° C (-129 ° F).
Marsova atmosfera:
Na planetu Mars je zelo tanka atmosfera, ki jo sestavljajo 96% ogljikovega dioksida, 1,93% argona in 1,89% dušika, skupaj s sledovi kisika in vode. Vzdušje je precej prašno in vsebuje delce, ki merijo premer 1,5 mikrometra, kar Marsovskemu nebu daje sijočo barvo, če ga vidimo s površine. Marsov atmosferski tlak znaša od 0,4 do 0,87 kPa, kar je približno 1% Zemljinega na morju.
Zaradi tanke atmosfere in večje oddaljenosti od Sonca je temperatura Marsa na površju veliko hladnejša od tiste, ki jo doživljamo tukaj na Zemlji. Povprečna temperatura planeta je -46 ° C (51 ° F), nizka -143 ° C (-225,4 ° F) pozimi na polih in visoka 35 ° C (95 ° F) poleti in poldne na ekvatorju.
Na planetu so tudi prašne nevihte, ki se lahko spremenijo v tisto, kar spominja na majhne tornada. Večje prašne nevihte nastanejo, ko se prah odpihne v ozračje in segreje od Sonca. Toplejši zrak, napolnjen s prahom, se dviga in vetrovi se krepijo, kar ustvarja nevihte, ki lahko merijo do tisoč kilometrov v širino in trajajo mesece naenkrat. Ko dobijo tako veliko, lahko dejansko blokirajo večino površine.
Količine metana v sledovih so bile zaznane tudi v marsovskem ozračju, njihova ocenjena koncentracija je približno 30 delov na milijardo (ppb). Pojavlja se v razširjenih plimih, profili pa pomenijo, da se je metan sprostil iz določenih regij - prva se nahaja med Isidisom in Utopio Planitia (30 ° S 260 ° Z), druga pa v Arabijski terasi (0 ° S 310 ° W).
Amonijak je bil na Marsu tudi predhodno odkrit Mars Express satelit, vendar z razmeroma kratko življenjsko dobo. Ni jasno, kaj ga je povzročilo, vendar je vulkanska aktivnost predlagana kot možen vir.
Atmosfera Jupiterja:
Tako kot Zemlja Jupiter doživi aurore blizu svojega severnega in južnega pola. Toda na Jupitru je auroralna aktivnost veliko bolj intenzivna in se le redko kdaj ustavi. Intenzivno sevanje, Jupitrovo magnetno polje in obilje materiala iz Ionovih vulkanov, ki reagirajo z Jupitrovo ionosfero, ustvarijo svetlobni šov, ki je resnično spektakularen.
Jupiter doživlja tudi nasilne vremenske vzorce. Hitrost vetra 100 m / s (360 km / h) je pogosta v zonskih curkih in lahko doseže tudi 620 km / h (385 mph). Nevihte se oblikujejo v nekaj urah in lahko čez noč postanejo v premeru tisoč km. Ena nevihta, Velika rdeča točka, divja že od konca leta 1600. Nevihta se je v vsej svoji zgodovini skrčila in širila; toda leta 2012 je bilo predlagano, da bi orjaška rdeča točka sčasoma izginila.
Jupiter je neprestano prekrit z oblaki, sestavljenimi iz kristalov amoniaka in morda amonijevega hidrosulfida. Ti oblaki se nahajajo v tropopavzi in so razporejeni v pasove različnih zemljepisnih širin, znane kot "tropske regije". Plast oblaka je globoka le približno 50 km in je sestavljena iz vsaj dveh krogov oblakov: debelega spodnjega krova in tankega jasnejšega območja.
Obstaja tudi tanka plast vodnih oblakov, ki stoji pod plastjo amonijaka, kar dokazujejo strele strele, odkrite v atmosferi Jupitra, ki bi jih povzročila polarnost vode, ki bi ustvarila ločitev naboja, ki je potrebna za strelo. Opazovanja teh električnih izpustov kažejo, da so lahko tudi do tisočkrat močnejši od tistih, ki jih opazimo tukaj na Zemlji.
Atmosfera Saturna:
Zunanja atmosfera Saturna vsebuje 96,3 vol.% Molekulskega vodika in 3,25 vol. Helija. Znano je tudi, da plinski velikan vsebuje težje elemente, vendar njihova razmerja glede vodika in helija niso znana. Domneva se, da bi se ujemale s prvotno številčnostjo iz nastanka Osončja.
V Saturnovi atmosferi so bile ugotovljene tudi količine amoniaka, acetilena, etana, propana, fosfina in metana v sledovih. Zgornji oblaki so sestavljeni iz kristalov amoniaka, medtem ko se zdi, da so oblaki na spodnji ravni sestavljeni iz amonijevega hidrosulfida (NH4SH) ali vode. Ultravijolično sevanje iz sonca povzroči fotolizo metana v zgornji atmosferi, kar vodi do vrste ogljikovodikovih kemičnih reakcij, pri čemer nastali produkti z vrtinčenjem in difuzijo prenašajo navzdol.
V ozračju Saturna je opazen vzorec, podoben Jupitrovim, toda v bližini ekvatorja so Saturnovi pasovi precej šibkejši in širši. Tako kot Jupitrovi oblačni sloji so razdeljeni na zgornji in spodnji sloj, ki se razlikujeta po sestavi glede na globino in pritisk. V zgornjih oblačnih plasteh, katerih temperatura znaša 100-160 K in tlaki med 0,5–2 bara, so oblaki sestavljeni iz amoniaka.
Vodni ledeni oblaki se začnejo na ravni, kjer je tlak približno 2,5 bara, in segajo do 9,5 bara, kjer se temperature gibljejo med 185–270 K. V tej plasti je mešan ledeni amonijev hidrosulfid, ki leži v območju tlaka 3–6 bar s temperaturami 290-235 K. Nazadnje, spodnji sloj, kjer so tlaki med 10–20 bar in temperature 270–330 K, vsebuje vodno kapljico z amoniakom v vodni raztopini.
Občasno v atmosferi Saturna pride do dolgotrajnih ovalov, podobnih običajnim na Jupitru. Medtem ko ima Jupiter Veliko rdečo točko, Saturn periodično ima tisto, kar je znano kot Velika bela točka (aka. Great White Oval). Ta edinstven, a kratkotrajen pojav se pojavlja enkrat na Saturnovo leto, približno vsakih 30 zemeljskih let, približno v času poletnega solsticija na severni polobli.
Te pege so lahko široke več tisoč kilometrov, opazili pa smo jih v letih 1876, 1903, 1933, 1960 in 1990. Od leta 2010 je bil opazen velik pas belih oblakov, imenovan Severna elektrostatična motnja, ki zaobjema Saturn, ki ga je opazil vesoljska sonda Cassini. Če se občasno ohranijo neurja, se bo okoli leta 2020 pojavila še ena.
Vetrovi na Saturnu so po planetu Neptuna drugi najhitrejši med planeti Osončja. Podatki Voyagerja kažejo na največje vzhodne vetrove 500 m / s (1800 km / h). Severni in južni polotok Saturna sta tudi pokazala nevihtno vreme. Na severnem polu je to v obliki šesterokotnega valovnega vzorca, na južnem pa kaže na ogromen curek.
Vztrajni šesterokotni vzorec valov okoli severnega pola je bil prvič opažen v Voyager slike. Strani šesterokotnika so dolgi približno 13.800 km (kar je daljše od premera Zemlje), struktura pa se vrti s časom 10h 39m 24s, kar naj bi bilo enako obdobju vrtenja Saturnova notranjost.
Medtem je bil prvi vrtinec južnega pola prvič opažen z vesoljskim teleskopom Hubble. Te slike so nakazovale prisotnost curka curka, ne pa šestokotnega stoječega vala. Ocenjujejo, da te nevihte ustvarjajo veter s hitrostjo 550 km / h, so po velikosti primerljive z Zemljo in verjamejo, da trajajo že več milijard let. Leta 2006 je vesoljska sonda Cassini opazila orkansko neurje, ki je imelo jasno določeno oko. Takšnih neviht ni bilo opaziti na nobenem planetu razen Zemlje - niti na Jupiterju.
Uranova atmosfera:
Tako kot na Zemlji je tudi atmosfera Urana razdeljena na plasti, odvisno od temperature in tlaka. Tako kot drugi plinski velikani tudi planet nima trdne površine, zato znanstveniki površino definirajo kot območje, kjer atmosferski tlak presega en bar (tlak, ki ga najdemo na Zemlji na ravni morja). Vse, kar je dostopno zmogljivosti daljinskega zaznavanja - ki sega do približno 300 km pod nivojem 1 bar -, prav tako velja za ozračje.
S pomočjo teh referenčnih točk lahko Uranovo atmosfero razdelimo na tri plasti. Prva je troposfera, med nadmorsko višino -300 km pod površjem in 50 km nad njo, kjer se tlaki gibljejo od 100 do 0,1 bara (10 MPa do 10 kPa). Druga plast je stratosfera, ki doseže med 50 in 4000 km in doživlja pritiske med 0,1 in 10-10 bar (10 kPa do 10 µPa).
Troposfera je najgostejša plast v Uranovi atmosferi. Tu se temperatura giblje od 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) na dnu (-300 km) do 53 K (-220 ° C / -364 ° F) na 50 km, zgornja regija pa je najhladnejša v osončju. Območje tropopavze je odgovorno za veliko večino toplotnih infrardečih emisij Urana, s čimer je določena njegova efektivna temperatura 59,1 ± 0,3 K.
Znotraj troposfere so plasti oblakov - vodni oblaki pri najnižjih tlakih, nad njimi pa so amonijevi hidrosulfidni oblaki. Naslednji oblaki amonijaka in vodikovega sulfida. Končno so na vrhu ležali tanki metanski oblaki.
V stratosferi se temperature gibljejo od 53 K (-220 ° C / -364 ° F) na zgornji ravni do med 800 in 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) na dnu termosfere oz. zahvaljujoč segrevanju, ki ga povzroča sončno sevanje. Stratosfera vsebuje etanski smog, ki lahko prispeva k dolgočasnemu videzu planeta. Prisotna sta tudi acetilen in metan, ki te megle pomagajo pri segrevanju stratosfere.
Zunanja plast, termosfera in korona, segata od 4.000 km do višine 50.000 km. V tej regiji je enakomerna temperatura 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), čeprav znanstveniki niso prepričani v razlog. Ker je razdalja do Urana od Sonca tako velika, količina absorbirane sončne svetlobe ne more biti glavni vzrok.
Tako kot Jupiter in Saturn tudi Uranovo vreme sledi podobnemu vzorcu, kjer se sistemi razdelijo na pasove, ki se vrtijo okoli planeta, ki jih poganja notranja toplota, ki se dviga v zgornjo atmosfero. Kot rezultat, lahko vetrovi na Uranu dosežejo do 900 km / h (560 mph), kar ustvarja ogromne nevihte, kot je bila opažena s Hubblovim vesoljskim teleskopom leta 2012. Podobno kot Jupiterjeva velika rdeča točka, je bila ta "Temna točka" velikan oblačni vrtinec, ki je meril 1.700 kilometrov na 3.000 kilometrov (1.100 milj za 1.900 milj).
Atmosfera Neptuna:
Na visoki nadmorski višini je Neptunovo ozračje 80% vodika in 19% helija s količino metana v sledovih. Tako kot Uran je tudi ta absorpcija rdeče svetlobe iz atmosferskega metana del tistega, kar daje Neptunu modro odtenek, čeprav je Neptunov temnejši in bolj živ. Ker je vsebnost metana v Neptunu podobna vsebnosti Urana, se zdi, da neznana sestavina prispeva k intenzivnejšemu barvanju Neptuna.
Vzdušje Neptuna je razdeljeno na dve glavni regiji: spodnjo troposfero (kjer se temperatura znižuje z nadmorsko višino) in stratosfero (kjer se temperatura viša z višino). Meja med obema, tropopavzo, leži pod tlakom 0,1 bara (10 kPa). Stratosfera nato zapusti termosfero pri tlaku, nižjem od 10-5 do 10-4 mikrobarvi (1 do 10 Pa), ki postopoma prehajajo v eksosfero.
Neptunovi spektri kažejo, da je njegova spodnja stratosfera nejasna zaradi kondenzacije produktov, ki nastane pri medsebojnem vplivanju ultravijoličnega sevanja in metana (t.j. fotolize), ki proizvaja spojine, kot sta etan in etin. V stratosferi je tudi dom za sledenje količin ogljikovega monoksida in vodikovega cianida, ki sta odgovorna za to, da je Neptunova stratosfera toplejša od Urana.
Zaradi nejasnih razlogov je v termosferi planeta nenavadno visoka temperatura približno 750 K (476,85 ° C / 890 ° F). Planet je predaleč od Sonca, da bi ta toplota nastajala z ultravijoličnim sevanjem, kar pomeni, da je vključen še en grelni mehanizem - ki je lahko interakcija atmosfere z ioni v magnetnem polju planeta ali gravitacijski valovi iz notranjosti planeta, ki se razkropijo v ozračje.
Ker Neptun ni trdno telo, se njegova atmosfera podvrže diferencialni rotaciji. Široka ekvatorialna cona se vrti v približno 18 urah, kar je počasneje kot 16,1-urno vrtenje magnetnega polja planeta. Nasprotno pa velja obratno za polarna območja, kjer je obdobje vrtenja 12 ur.
Ta diferencialna rotacija je najbolj izrazita na katerem koli planetu v Osončju in ima za posledico močno širino striženja vetra in silovite nevihte. Tri najbolj impresivne so bile leta 1989 opažene s vesoljske sonde Voyager 2 in nato imenovane na podlagi njihovih nastopov.
Prvo opaženo je bilo množično anticiklonsko neurje, ki je merilo 13.000 x 6.600 km in je spominjalo na veliko rdeče mesto Jupitra. Znana kot Velika temna točka, te nevihte niso opazili pet pozneje (2. novembra 1994), ko jo je iskal vesoljski teleskop Hubble. Namesto tega so na severni polobli planeta našli novo nevihto, ki je bila zelo podobnega videza, kar kaže, da imajo te nevihte krajšo življenjsko dobo kot Jupiterjeve.
Skuter je še ena nevihta, bela oblačna skupina, ki se nahaja bolj južno od Velike temne točke - vzdevek, ki se je prvič pojavil v mesecih, ki so privedli do Voyager 2 srečanje leta 1989. Mala temna točka, južna ciklonska nevihta, je bila druga najintenzivnejša nevihta, opažena med srečanjem leta 1989. Sprva je bilo popolnoma temno; ampak kot Voyager 2 se približal planetu, razvilo se je svetlo jedro in ga je bilo mogoče videti na večini slik z najvišjo ločljivostjo.
Skratka, vsi planeti našega Osončja imajo nekakšno atmosfero. In v primerjavi z Zemljino razmeroma mehko in gosto atmosfero razporedijo med zelo tanko do zelo gosto. Prav tako se gibljejo v temperaturah od izjemno vročega (kot na Veneri) do skrajnega ledišča.
In kar zadeva vremenske sisteme, so lahko stvari enako skrajne, saj se planet ponaša z vremenom ali pa z intenzivnimi ciklonskimi in prašnimi nevihtami, ki nevihte tu na Zemlji spravijo v sram. In ker so nekateri popolnoma neprijazni do življenja, kot ga poznamo, bi bili drugi lahko kos.
V reviji Space Magazine imamo veliko zanimivih člankov o planetarni atmosferi. Na primer, on je Kaj je atmosfera? Ter članki o atmosferi Merkura, Venere, Marsa, Jupitra, Saturna, Urana in Neptuna,
Če želite več informacij o atmosferi, si oglejte Nasine strani o atmosferskih plasteh Zemlje, ogljikovem ciklu in o tem, kako se Zemljino ozračje razlikuje od vesolja.
Astronomy Cast ima epizodo na izvoru atmosfere.
