Раздел «Атмосфера»
Что такое атмосфера? В переводе с греческого атмосфера расшифровывается как "паровая сфера" (от греческих слов ατμός - «пар» и σφαῖρα - «сфера»). Иными словами: это газовая оболочка окружающая небесное тело и удерживаемая его гравитацией. Верхняя граница атмосферы размыта и плавно переходит в межпланетное пространство, потому многими учёными за атмосферу принимается газовая оболочка, вращаемая с небесным телом как единое целое. Нижняя же её граница граничит с литосферой и у некоторых планет - с гидросферой. У газовых гигантов, состоящих в основном из различных газов нижние границы атмосферы такие же расплывчатые как и верхние, а потому газовой оболочкой считаются лишь самые верхние области таких планет.
Атмосферы есть у планет, некоторых спутников планет, звёзд, комет и даже крупных астероидов. Есть атмосфера и у планеты Земля. Доказательствами её существования служат:
Наличие на высотах 20-25 км. перламутровых облаков;
Наличие на высотах более 75 км. серебристых облаков;
Сгорание на высотах более 85 км. метеоров и метеоритов, которое наблюдатели называют "падающими звёздами";
Явление сумерек, которое наблюдается на высотах более 220 км.;
Характеристики атмосфер разных небесных тел различны и зависят от размера, массы, скорости вращения и других параметров небесного тела, которое эта атмосфера окружает, а также от жизнедеятельности живых организмов. Например, чем массивнее планета и чем меньше её радиус, тем надёжнее она удерживает даже такие лёгкие газы, как водород, гелий и др. А температура поверхности планеты влияет на энергию хаотического теплового движения атомов и молекул газа. Чем она выше, тем выше скорость частиц, поэтому достигнув второй космической скорости, частицы навсегда покидают планету, причём первыми улетучиваются лёгкие газы.
На начальном этапе эволюции небесного тела на состав атмосферы значительное влияние оказывают параметры звезды, вокруг которой формируется планета и последующий выход внешних газов.
А теперь рассмотрим краткие характеристики атмосфер некоторых планет, их крупных спутников и звёзд. И начнём с нашей родной планеты - Земли.
Основные характеристики земной атмосферы следующие: простирается она на 2-3 тыс.км; состоит из смеси различных газов, называемой воздухом, основными составляющими которого являются азот, кислород и аргон. Плотность, давление, влажность, температура воздуха на различных высотах колеблются в широких пределах, что позволяет говорить о её неоднородной структуре. Суммарная масса всего воздуха составляет одну миллионную часть Земли или 5,1-5,3×10 18 кг (из которых 5,1352±0,0003×10 18 кг приходится на сухой воздух и 1,27×10 16 кг на водяные пары), молярная масса сухого воздуха - 28,966, среднее давление на уровне моря при 0°C - 101,325 кПа, критическая температура - 140,7°C; критическое давление - 3,7 МПа; Cp при 0°C - 1,0048×10 3 Дж/(кг·К), Cv - 0,7159×10 3 Дж/(кг·К) (при 0°C).
Атмосфера нашей планеты вращается в направлении с запада на восток, что сказывается на её форме, которая приобретает вид эллипсоида вращения. По этой причине, кстати, атмосфера у полюсов тоньше, чем у экватора.
Атмосфера земли оказывает огромное влияние на биосферу планеты. Как известно из астрономии всё космическое пространство пронизано мощным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца, а также ещё более губительными космическими лучами. Подавляющую часть этого смертельного для всего живого излучения задерживают верхние слои атмосферы, в результате чего проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Кислород, входящий в состав земной атмосферы, используют для дыхания подавляющее большинством видов живых организмов, а углекислый газ - растения, водоросли и цианобактерии в процессе фотосинтеза.
Велика её роль: в защите планеты от гостей из космоса - метеоритов, которые просто сгорают в верхних разряженных её слоях; в формировании земного климата, посредством регуляции сезонных колебаний температур и сглаживания суточных; в процессах фотосинтеза и обмена энергией, т.к. именно с помощью газов входящих в её состав эти процессы имеют место быть; в круговороте воды в природе, выпадения осадков и процессах физического и химического выветривания, последние из которых формируют экзогенные формы рельефа.
Атмосферы таких внутренних планет Солнечной системы как Венера и Марс в основном состоят из двуокиси углерода. Остальные газы в их газовых оболочках присутствуют в очень небольшом количестве.
Так, например, концентрация в атмосфере Марса углекислого газа (другое название двуокиси углерода) достигает 95%. На втором месте по распространенности стоит азот (3%), затем следует аргон и кислород. Остальные газы, такие как оксид углерода, озон и метан присутствуют в минимальных "следовых" количествах.
Давление марсианской атмосферы крайне невелико и составляет лишь 1/160 часть от земного и меняется в широких пределах в зависимости от высоты над уровнем поверхности планеты: от 9-12 мбар в гигантской впадине Эллада до 0,1 мбар на вершине горы Олимп, и от сезона года, т.к. зимой часть входящей в состав атмосферы углекислоты замерзает, составляя значительную часть полярных шапок Марса.
Несмотря на малую мощность в атмосфере Марса развиваются облака, сильные ветры и слабый парниковый эффект, поднимающий среднюю температуру приземного воздуха не более чем на 5°K.
Концентрация углекислого газа в атмосфере Венеры выше чем в атмосфере Марса - 97%. Концентрация же азота такая же и составляет 3%, остальных газов - сотые и тысячные доли процента.
Давление венерианской атмосферы в тысячи раз выше чем марсианской и в 95 раз выше чем земной. Отсюда колоссальная плотность, всего в 10 раз меньшая плотности воды и общая масса, превышающая массу атмосферы Земли в 95 раз. Из-за очень плотной атмосферы на Венере царит страшная жара с температурой под +480°C, причем суточные колебания температуры очень невелики. Формирование столь плотной и горячей атмосферы вызвано наличием огромного количества углекислого газа, которое в свою очередь сформировалось посредством превращения под действием высоких температур карбонатных пород в силикатные, с выделением СО 2 , который переходит в атмосферу. Таким образом на Венере наблюдается неконтролируемый и стабильный парниковый эффект.
В отличии от газосферы Марса газовая сфера Венеры неоднородна: в ней выделяются 4 слоя, различающиеся по плотности, температуре и давлению: тропосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. В пределах первых двух существуют облака, состоящие из 75-80-процентной серной кислоты с примесями соляной и плавиковой кислот.
Атмосфера самой маленькой планеты Солнечной планеты - Меркурия - состоит из гелия, водорода, кислорода и натрия, но в очень небольших количествах. Газовая оболочка планеты чрезвычайно разряжена: её давление у поверхности в полмиллиарда меньше чем давление у поверхности Земли.
За счет малой плотности атмосферы на Меркурии наблюдаются значительные суточные колебания температур: разница между её ночными и дневными значениями может оставлять 500К. Облака в таких условиях не формируются.
Атмосферы внешних планет состоят из низкомолекулярных газов, таких как, водород и гелий, т.к. большая сила тяжести на таких планетах способна удерживать даже газы с низкой молекулярной массы.
Спутники планет обладают весьма разнообразными атмосферами. Так, в атмосферах Титана и Тритона преобладает азот, в атмосфере Луны - натрий, Европы - кислород, Ио - сера, Энцелада - водяной пар.
Звёздные атмосферы - это внешние области звезды, расположенные над звёздным ядром, зоной радиации и зоной конвекции. Внутри звёздной атмосферы различают несколько подобластей, обладающих различными свойствами.
Первой из них, лежащей непосредственно над зоной конвекции, является фотосфера. Именно эту область видит наблюдатель с Земли смотрящий на Солнце. Толщина фотосферы от 300 до десятков тысяч километров, но всегда намного меньше диаметра звезды.
Над фотосферой лежит хромосфера, толщина которой практически у всех звёзд одинакова и составляет 10 тыс. км.
Верхняя область звёздных атмосфер носит название короны. Это самая протяженная и разряженная, а также одна из наиболее горячих областей звёзд. Например, корона Солнца простирается до границ Солнечной системы и достигает двух миллионов кельвинов на расстоянии 70 тыс. км. от своей нижней границы.
Разные звёзды не обязательно состоят из всех трёх слоёв. Так у большинства гигантов и сверхгигантов нет корон, у многих звёзд нет переходных областей между слоями.
Для более подробного описания атмосфер разных небесных тел были созданы дополнительные главы (страницы):
Глава 6. Звездные атмосферы
В статье рассказывается о том, какая планета не имеет атмосферы, для чего нужна атмосфера, как возникает, почему некоторые ее лишены и как ее можно было бы создать искусственно.
Начало
Жизнь на нашей планете была бы невозможной, не будь на ней атмосферы. И дело не только в кислороде, которым мы дышим, к слову, его в ней содержится всего чуть больше 20%, но и в том, что она создает необходимое для живых существ давление и защищает от солнечной радиации.
Согласно научному определению, атмосфера — это газовая оболочка планеты, которая вращается вместе с ней. Если говорить упрощенно, то над нами постоянно висит огромное по своей массе скопление газа, но его веса мы не замечем так же, как и притяжения Земли, потому что родились в таких условиях и привыкли. Но не всем небесным телам повезло ее иметь. Так какая планета не имеет в расчет принимать не будем, так как это все же спутник.
Меркурий
Атмосфера планет подобного типа состоит в основном из водорода, и процессы в ней весьма бурные. Чего стоит один лишь атмосферный вихрь, который наблюдают уже более трехсот лет - то самое красное пятно в нижней части планеты.
Сатурн
Как и все газовые гиганты, Сатурн состоит в основном из водорода. На нем не утихают ветры, сверкают молнии и даже наблюдаются редкие полярные сияния.
Уран и Нептун
Обе планеты скрывает толстый слой облаков из водорода, метана и гелия. Нептун, кстати, рекордсмен по скорости ветров на поверхности - целых 700 километров в час!
Плутон
Вспоминая такое явление, как планета без атмосферы, сложно не упомянуть Плутон. До Меркурия ему, конечно, далеко: его газовая оболочка «всего лишь» в 7 тысяч раз менее плотная, чем земная. Но все же это самая дальняя и пока что малоизученная планета. Про также известно мало — лишь то, что в ней присутствует метан.
Как создать атмосферу для жизни
Мысль о колонизации других планет не дает покоя ученым с самого И тем более о терраформации (создание на условий без средств защиты). Все это пока что на уровне гипотез, но на том же Марсе создать атмосферу вполне реально. Процесс этот сложный и многоступенчатый, но основная идея его следующая: распылить на поверхности бактерии, которые будут вырабатывать еще больше углекислоты, плотность газовой оболочки увеличится, и температура вырастет. После этого начнется таяние полярных ледников, а из-за повышения давления вода не будет бесследно испаряться. А потом пойдут дожди, и почва станет пригодной для растений.
Так что мы разобрались с тем, какая планета практически лишена атмосферы.
АТМОСФЕРА ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ. Отправляемся по планетам Солнечной системы, чтобы исследовать их атмосферные композиции, а также наши собственные. Практически каждую планету в нашей Солнечной системе можно рассматривать как имеющую атмосферу. А также посмотрим, какие определенные эффекты могут вызвать различные условия на разных планетах. МЕРКУРИЙ
У Меркурия невероятно тонкая атмосфера оценивается более чем в триллион раз тоньше, чем Земля. Его гравитация составляет около 38% от Земли, поэтому он не способен сохранять большую часть атмосферы, и, кроме того, его близость к Солнцу означает, что солнечный ветер может уносить газы с поверхности. Частицы солнечного ветра в сочетании с испарением поверхностных пород в результате воздействия метеоров, вероятно, являются крупнейшим источником атмосферы Меркурия ВЕНЕРА
Венера похожа на Землю в нескольких отношениях: ее плотность, размер, масса и объем сопоставимы. Тем не менее, на этом сходство заканчивается. Атмосферное давление на поверхности планеты примерно в 92 раза выше чем на Земле, причем основным газом является углекислый газ - результат предыдущих вулканических извержений на поверхности планеты. Также в небольшом количестве присутствует азот. Выше в атмосфере, планета имеет облака, которые представляют смесь двуокиси серы и серной кислоты. Под этими облаками находится толстый слой углекислого газа, который подвергает поверхность планеты интенсивному парниковому эффекту. Температура поверхности на Венере около 480 градусов Цельсия - слишком жарко, чтобы поддерживать жизнь, какую мы ее знаем. ЗЕМЛЯ
Атмосфера Земли состоит в основном из азота и кислорода, которые необходимы для жизни, которая обитает на планете. Состав атмосферы является прямым следствием жизни растений. Растения поглощают углекислый газ и вытесняют кислород через фотосинтез, и если бы это было не так, то вполне вероятно, что процент углекислого газа в атмосфере был бы значительно выше. Земная атмосфера разделена на слои: Тропосфера Тропосфера находится на поверхности Земли примерно на 9 км в полярных регионах и приблизительно на 17 км на экваторе, при средней высоте около 12 км. Это в тропосфере существует вся жизнь на Земле. В тропосфере сосредоточено более 80 % всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Стратосфера Стратосфера, отделенная от тропосферы тропопаузой, простирается до 50-55 км и является местом, где вы найдете озоновый слой. Стратосфера заканчивается в стратопаузу, с другой стороны которой начинается мезосфера. Мезосфера Мезосфера - это самый высокий слой, в котором образуются серебристые облака, чуть ниже мезопаузы, которая находится на расстоянии от 80 до 85 км. В пределах мезосферы также находится большинство метеоров, которые начинают светиться и сгорают при попадании в атмосферу Земли. За пределами мезопаузы начинается термосфера. Термосфера Высота термосферы находится на высоте от 90 до 800 км. Температура в термосфере может достигать 1773 K (1500 °C, 2700 °F), однако, атмосфера на этой высоте очень тонкая. В термосфере находятся полярные сияния, ионосфера и Международная Космическая станция. Экзосфера И, наконец экзосфера, которая простирается примерно до 10 000км. Большинство искусственных спутников Земли вращаются внутри экзосферы. Не уникальна ли атмосфера Земли? МАРС
Атмосфера Марса, как и Венеры, состоит в основном из углекислого газа, с небольшим количеством аргона, а также, азота. Слои легко запомнить - это нижняя атмосфера, средняя атмосфера, верхняя атмосфера и экзосфера. Упомянув об экстремальном тепличном эффекте, присутствующем на Венере, как следствие высокого уровня диоксида углерода, может показаться странным, что температура поверхности Марса достигает максимума 35С. Это потому, что атмосфера Марса значительно тоньше, чем у Венеры, поэтому, хотя доля углекислого газа сопоставима, фактическая концентрация гораздо ниже. ЮПИТЕР
Юпитер-первая из газовых гигантов и самая большая планета в Солнечной системе, имеет слои, тропосферу, стратосферу, термосферу и экзосферу, похожие на Землю, хотя и нет мезосферы. Тропосфера Юпитера - видимая часть, которую мы связываем с Юпитером, состоит в основном из водорода и гелия, с небольшим количеством метана, аммиака, сероводорода и воды, с облаками кристаллов аммиака. Поскольку Юпитер не имеет твердой поверхности, более низкие уровни тропосферы постепенно конденсируются в жидкий водород и гелий. Без твердой поверхности общепринятая поверхность Юпитера основана на том, где атмосферное давление составляет 100 кПа. Более того, слои этой атмосферы характеризуются давлением больше, чем высотой. Тропосфера Юпитера составляет почти 143 000 км. Это больше, чем 22 Земли. САТУРН
Подобно Юпитеру, Сатурн также является газовым гигантом, хотя и не столь гигантским. Менее известна атмосфера Сатурна, хотя, опять же, она во многом похожа на атмосферу Юпитера. В основном водород, с гораздо меньшим количеством гелия. Облака Сатурна также состоят из кристаллов аммиака. Сера, присутствующая в атмосфере, придает аммиачным облакам бледно-желтый оттенок. Эта видимая облачная часть Сатурна составляет более 120 000 км. Это больше чем 20 планет Земля. УРАН
Атмосфера Урана, как и Юпитера и Сатурна, в основном водород и гелий. Тем не менее, несколько более высокие уровни метана, особенно в верхней атмосфере, вызывают большее поглощение красного света от солнца, в свою очередь, заставляя планету казаться сине-голубого цвета. Уран имеет самую холодную атмосферу в Солнечной системе, приблизительно-224C, и его атмосфера содержит гораздо больше водяного льда, чем Юпитер и Сатурн, как следствие этого. НЕПТУН
Ближайшая к Солнцу и наименьшая планета системы, всего 0.055% от размера Земли. 80% ее массы составляет ядро. Поверхность камениста, изрезана кратерами и воронками. Атмосфера сильно разрежена, состоит из углекислого газа. Температура солнечной стороны составляет +500оС, обратной стороны -120оС. Гравитационного и магнитного поля на Меркурии нет.
Венера
Венера обладает очень плотной атмосферой, состоящей из двуокиси углерода. Температура поверхности достигает 450оС, что объясняется постоянным парниковым эффектом, давление порядка 90 Атм. Размер Венеры равняется 0.815 размера Земли. Ядро планеты сложено из железа. На поверхности имеется небольшое количество воды, а также множество метановых морей. У Венеры отсутствуют спутники.
Планета Земля
Единственная во Вселенной планета, на которой существует жизнь. Почти 70% поверхности покрыто водой. Атмосфера состоит из сложной смеси кислорода, азота, углекислого и инертных газов. Гравитация планеты имеет идеальную величину. Если она была бы меньшей – кислород бы в , если большей – водород собрался бы на поверхности, и жизнь не смогла существовать.
Если увеличить расстояние от Земли до Солнца на 1% - океаны замерзнут, если уменьшить на 5% - вскипят.
Марс
Из-за большого содержания окиси железа в грунте, Марс имеет ярко красный цвет. Его размер в 10 раз меньший, чем земной. Атмосфера состоит из углекислого газа. Поверхность покрыта кратерами и потухшими вулканами, наивысший из которых Олимп, его высота составляет 21.2 км.
Юпитер
Наибольшая из планет Солнечной системы. Крупнее Земли в 318 раз. Состоит из смеси гелия и водорода. Внутри Юпитер разжарен, и поэтому в его атмосфере преобладают вихревые структуры. Имеет 65 известных спутников.
Сатурн
Структура планеты схожа с Юпитером, но прежде всего, Сатурн известен благодаря системе колец. Сатурн в 95 раз крупнее Земли, но его плотность наименьшая среди Солнечной системы. Его плотность приравнивается к плотности воды. Имеет 62 известных спутника.
Уран
Уран крупнее Земли в 14 раз. Уникален своим вращением «на боку». Наклон его оси вращения равняется 98о. Ядро Урана очень холодное, поскольку отдает все тепло в космос. Имеет 27 спутников.
Нептун
Крупнее Земли в 17 раз. Излучает большое количество тепла. Проявляет невысокую геологическую активность, на его поверхности находятся гейзеры из . Имеет 13 спутников. Планету сопровождают так званые «Нептунские троянцы», которые являются телами астероидного характера.
В атмосфере Нептуна содержится большое количество метана, это придает ему характерный синий цвет.
Особенности планет Солнечной системы
Отличительной чертой планет Солнечной системы является факт их вращения не только вокруг Солнца, но еще и по своей оси. Также все планеты в большей или меньшей степени являются теплыми небесными телами.
4,6 миллиардов лет назад в нашей Галактике из облаков звёздной материи начали образовываться сгущения. Всё, более уплотняясь и сгущаясь, газы нагревались, излучая тепло. С увеличением плотности и температуры начались ядерные реакции, превращая водород в гелий. Таким образом, возник очень мощный источник энергии - Солнце.
Одновременно с увеличением температуры и объёма Солнца, в результате объединения фрагментов межзвёздной пыли в плоскости, перпендикулярной к оси вращения Звезды, создавались планеты и их спутники. Формирование Солнечной Системы завершилось около 4 миллиардов лет назад.
На данный момент Солнечная Система имеет восемь планет. Это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептон. Плутон — карликовая планета, крупнейший известный объект пояса Койпера (является большим поясом осколков, подобным поясу астероидов). После обнаружения в 1930 году считался девятой планетой. Положение изменилось в 2006 году с принятием формального определения планеты.
На самой ближайшей к Солнцу планете - Меркурии дождей не бывает никогда. Это обусловлено тем фактором, что атмосфера у планеты настолько разрежена, что ее просто невозможно зафиксировать. Да и откуда там взяться дождям, если дневная температура на поверхности планеты порой достигает 430º по Цельсию. Да уж, не хотелось бы там оказаться:)
А вот на Венере постоянно идут кислотные дожди, поскольку облака над этой планетой состоят не из живительной воды, а из смертоносной серной кислоты. Правда, поскольку температура на поверхности третьей по счету планеты достигает 480º по Цельсию, то капли кислоты испаряются раньше, чем долетят к планете. Небо над Венерой пронзают большие и страшные молнии, но света и грохота от них больше, чем дождя.
На Марсе, по мнению ученых, давным-давно природные условия были такими же, как и на Земле. Миллиарды лет назад атмосфера над планетой была намного плотнее, и вполне возможно, что обильные дожди наполняли эти реки. Но сейчас над планетой очень разреженная атмосфера, а фотографии, переданные спутниками-разведчиками, свидетельствуют о том, что поверхность планеты напоминает пустыни юго-запада США или Сухие долины в Антарктиде. Когда часть Марса укутывает зимняя пора, над красной планетой появляются тонкие облака, содержащие двуокись углерода, а иней покрывает мертвые скалы. Ранним утром в долинах бывают такие густые туманы, что кажется, что вот-вот пойдет дождь, но напрасны такие ожидания.
Кстати температура воздуха днём на Мрсе 20º по Цельсию. Правда ночью может опускаться до - 140:(
Юпитер - самая большая из планет и является гигантским газовым шаром! Этот шар почти полностью состоит из гелия и водорода, но не исключено, что глубоко внутри планеты находится маленькое твердое ядро, окутанное океаном из жидкого водорода. Тем не менее, Юпитер со всех сторон окружают цветные полосы облаков. Некоторые из этих облаков состоят даже из воды, но, как правило, в подавляющем большинстве их образуют застывшие кристаллики аммиака. Время от времени над планетой пролетают сильнейшие ураганы и бури, несущие за собой снегопады и дожди из аммиака. Вот где бы провести Магический цветок.
Loading...