Qui sulla Terra, tendiamo a dare la nostra atmosfera per scontata, e non senza ragione. La nostra atmosfera ha un delizioso mix di azoto e ossigeno (rispettivamente 78% e 21%) con tracce di vapore acqueo, anidride carbonica e altre molecole gassose. Inoltre, godiamo di una pressione atmosferica di 101.325 kPa, che si estende ad un'altitudine di circa 8,5 km.
In breve, la nostra atmosfera è abbondante e che sostiene la vita. Ma che dire degli altri pianeti del Sistema Solare? Come si accumulano in termini di composizione e pressione atmosferica? Sappiamo per certo che non sono respirabili dagli umani e non possono sostenere la vita. Ma qual è la differenza tra queste sfere di rock e gas e le nostre?
Per cominciare, va notato che ogni pianeta nel Sistema Solare ha un'atmosfera di un tipo o di un altro. E questi vanno da incredibilmente sottili e tenui (come l '"esosfera" di Mercurio) a incredibilmente densi e potenti - come nel caso di tutti i giganti del gas. E a seconda della composizione del pianeta, che si tratti di un gigante terrestre o di un gas / ghiaccio, i gas che compongono la sua atmosfera vanno dall'idrogeno e dall'elio a elementi più complessi come ossigeno, anidride carbonica, ammoniaca e metano.
L'atmosfera di mercurio:
Il mercurio è troppo caldo e troppo piccolo per conservare un'atmosfera. Tuttavia, ha un'esosfera tenue e variabile composta da idrogeno, elio, ossigeno, sodio, calcio, potassio e vapore acqueo, con un livello di pressione combinato di circa 10-14 bar (un quadrilione della pressione atmosferica della Terra). Si ritiene che questa esosfera sia stata formata da particelle catturate dal Sole, degassamento vulcanico e detriti lanciati in orbita da impatti di micrometeorite.
Poiché manca di un'atmosfera praticabile, Mercurio non ha modo di trattenere il calore del sole. Come risultato di questa e della sua elevata eccentricità, il pianeta subisce notevoli variazioni di temperatura. Mentre il lato rivolto verso il sole può raggiungere temperature fino a 700 K (427 ° C), mentre il lato in ombra scende fino a 100 K (-173 ° C).
Atmosfera di Venere:
Le osservazioni superficiali di Venere sono state difficili in passato, a causa della sua atmosfera estremamente densa, che è composta principalmente da anidride carbonica con una piccola quantità di azoto. A 92 bar (9,2 MPa), la massa atmosferica è 93 volte quella dell'atmosfera terrestre e la pressione sulla superficie del pianeta è circa 92 volte quella sulla superficie terrestre.
Venere è anche il pianeta più caldo del nostro Sistema Solare, con una temperatura superficiale media di 735 K (462 ° C / 863.6 ° F). Ciò è dovuto all'atmosfera ricca di CO² che, insieme a spesse nuvole di anidride solforosa, genera il più forte effetto serra nel Sistema Solare. Sopra il denso strato di CO², nuvole spesse costituite principalmente da biossido di zolfo e goccioline di acido solforico diffondono nello spazio circa il 90% della luce solare.
Un altro fenomeno comune sono i forti venti di Venere, che raggiungono velocità fino a 85 m / s (300 km / h; 186,4 mph) sulle cime delle nuvole e fanno il giro del pianeta ogni 4-5 giorni terrestri. A questa velocità, questi venti si muovono fino a 60 volte la velocità di rotazione del pianeta, mentre i venti più veloci della Terra sono solo il 10-20% della velocità di rotazione del pianeta.
I flybys di Venere hanno anche indicato che le sue nuvole dense sono in grado di produrre fulmini, proprio come le nuvole sulla Terra. Il loro aspetto intermittente indica uno schema associato all'attività meteorologica e il tasso di fulmini è almeno la metà di quello sulla Terra.
Atmosfera terrestre:
L'atmosfera terrestre, che è composta da azoto, ossigeno, vapore acqueo, anidride carbonica e altri gas in traccia, è anch'essa composta da cinque strati. Questi consistono nella troposfera, nella stratosfera, nella mesosfera, nella termosfera e nell'esosfera. Di norma, la pressione e la densità dell'aria diminuiscono quanto più alto entra nell'atmosfera e più lontano viene dalla superficie.
Più vicino alla Terra è la Troposfera, che si estende da 0 a tra 12 km e 17 km (da 0 a 7 e 10,56 mi) sopra la superficie. Questo strato contiene circa l'80% della massa dell'atmosfera terrestre e quasi tutto il vapore acqueo o l'umidità atmosferici si trovano anche qui. Di conseguenza, è lo strato in cui si svolge la maggior parte del tempo terrestre.
La stratosfera si estende dalla troposfera ad un'altitudine di 50 km (31 mi). Questo strato si estende dalla cima della troposfera alla stratopausa, che si trova ad un'altitudine di circa 50 a 55 km (da 31 a 34 mi). Questo strato di atmosfera ospita lo strato di ozono, che è la parte dell'atmosfera terrestre che contiene concentrazioni relativamente elevate di ozono gassoso.
La prossima è la Mesosfera, che si estende da una distanza di 50 a 80 km (da 31 a 50 miglia) sul livello del mare. È il luogo più freddo della Terra e ha una temperatura media di circa -85 ° C (-120 ° F; 190 K). La Thermosphere, il secondo strato più alto dell'atmosfera, si estende da un'altitudine di circa 80 km (50 mi) fino alla termopausa, che si trova ad un'altitudine di 500–1000 km (310–620 mi).
La parte inferiore della termosfera, da 80 a 550 chilometri (da 50 a 342 mi), contiene la ionosfera - che è così chiamata perché è qui nell'atmosfera che le particelle sono ionizzate dalla radiazione solare. Questo strato è completamente senza nuvole e privo di vapore acqueo. È anche a questa altitudine che si verificano i fenomeni noti come Aurora Borealis e Aurara Australis.
L'Esosfera, che è lo strato più esterno dell'atmosfera terrestre, si estende dalla esobase - situata nella parte superiore della termosfera ad un'altitudine di circa 700 km sul livello del mare - fino a circa 10.000 km (6.200 mi). L'esosfera si fonde con il vuoto dello spazio esterno ed è principalmente composta da densità estremamente basse di idrogeno, elio e diverse molecole più pesanti tra cui azoto, ossigeno e anidride carbonica
L'esosfera si trova troppo al di sopra della Terra per rendere possibili eventuali fenomeni meteorologici. Tuttavia, l'Aurora Boreale e l'Aurora Australis a volte si verificano nella parte inferiore dell'esosfera, dove si sovrappongono alla termosfera.
La temperatura superficiale media sulla Terra è di circa 14 ° C; ma come già notato, questo varia. Ad esempio, la temperatura più calda mai registrata sulla Terra è stata di 70,7 ° C (159 ° F), che è stata rilevata nel deserto di Lut in Iran. Nel frattempo, la temperatura più fredda mai registrata sulla Terra è stata misurata alla stazione sovietica di Vostok sull'Altopiano antartico, raggiungendo un minimo storico di -89,2 ° C (-129 ° F).
Atmosfera di Marte:
Il pianeta Marte ha un'atmosfera molto sottile composta da 96% di biossido di carbonio, 1,93% di argon e 1,89% di azoto insieme a tracce di ossigeno e acqua. L'atmosfera è piuttosto polverosa, contenente particelle che misurano 1,5 micrometri di diametro, che è ciò che dà al cielo marziano un colore bruno quando visto dalla superficie. La pressione atmosferica di Marte varia da 0,4 a 0,87 kPa, che equivale a circa l'1% della Terra a livello del mare.
A causa della sua atmosfera sottile e della sua maggiore distanza dal Sole, la temperatura superficiale di Marte è molto più fredda di quella che sperimentiamo qui sulla Terra. La temperatura media del pianeta è -46 ° C (51 ° F), con un minimo di -143 ° C (-225,4 ° F) durante l'inverno ai poli e un massimo di 35 ° C (95 ° F) durante l'estate e mezzogiorno all'equatore.
Il pianeta sperimenta anche tempeste di polvere, che possono trasformarsi in ciò che ricorda piccoli tornado. Grandi tempeste di polvere si verificano quando la polvere viene soffiata nell'atmosfera e si riscalda dal sole. L'aria più calda piena di polvere si alza e i venti diventano più forti, creando tempeste che possono misurare fino a migliaia di chilometri di larghezza e durare per mesi alla volta. Quando diventano così grandi, possono effettivamente bloccare la maggior parte della superficie dalla vista.
Tracce di metano sono state rilevate anche nell'atmosfera marziana, con una concentrazione stimata di circa 30 parti per miliardo (ppb). Si verifica in pennacchi estesi e i profili implicano che il metano è stato rilasciato da regioni specifiche - il primo dei quali si trova tra Isidis e Utopia Planitia (30 ° N 260 ° O) e il secondo in Arabia Terra (0 ° N 310 ° W).
L'ammoniaca fu anche provvisoriamente rilevata su Marte dal Mars Express satellite, ma con una durata relativamente breve. Non è chiaro cosa l'abbia prodotto, ma l'attività vulcanica è stata suggerita come possibile fonte.
Atmosfera di Giove:
Proprio come la Terra, Giove vive aurore vicino ai suoi poli nord e sud. Ma su Giove, l'attività aurorale è molto più intensa e raramente si ferma mai. L'intensa radiazione, il campo magnetico di Giove e l'abbondanza di materiale proveniente dai vulcani di Io che reagiscono con la ionosfera di Giove creano uno spettacolo di luci davvero spettacolare.
Giove sperimenta anche modelli meteorologici violenti. Le velocità del vento di 100 m / s (360 km / h) sono comuni nei getti zonali e possono raggiungere i 620 km / h (385 mph). Le tempeste si formano in poche ore e possono diventare migliaia di km di diametro durante la notte. Una tempesta, la Grande Macchia Rossa, imperversa almeno dalla fine del 1600. La tempesta si è ridotta e si sta espandendo nel corso della sua storia; ma nel 2012, è stato suggerito che il punto rosso gigante potrebbe alla fine scomparire.
Giove è perpetuamente coperto di nuvole composte da cristalli di ammoniaca e possibilmente idrosolfuro di ammonio. Queste nuvole si trovano nella tropopausa e sono disposte in bande di diverse latitudini, note come "regioni tropicali". Lo strato di nuvole ha una profondità di circa 50 km (31 mi) ed è costituito da almeno due mazzi di nuvole: uno spesso ponte inferiore e una sottile regione più chiara.
Potrebbe anche esserci un sottile strato di nuvole d'acqua sotto lo strato di ammoniaca, come evidenziato da lampi di luce rilevati nell'atmosfera di Giove, che sarebbe causato dalla polarità dell'acqua creando la separazione di carica necessaria per i fulmini. Le osservazioni di queste scariche elettriche indicano che possono essere fino a mille volte più potenti di quelle osservate qui sulla Terra.
Atmosfera di Saturno:
L'atmosfera esterna di Saturno contiene il 96,3% di idrogeno molecolare e il 3,25% di elio in volume. Il gigante gassoso è anche noto per contenere elementi più pesanti, anche se le proporzioni di questi rispetto all'idrogeno e all'elio non sono note. Si presume che corrispondano all'abbondanza primordiale dalla formazione del Sistema Solare.
Tracce di ammoniaca, acetilene, etano, propano, fosfina e metano sono state rilevate anche nell'atmosfera di Saturno. Le nuvole superiori sono composte da cristalli di ammoniaca, mentre le nuvole di livello inferiore sembrano essere costituite da idrosolfuro di ammonio (NH4SH) o acqua. Le radiazioni ultraviolette del Sole causano fotolisi di metano nell'atmosfera superiore, portando a una serie di reazioni chimiche idrocarburiche con i prodotti risultanti trasportati verso il basso da vortici e diffusione.
L'atmosfera di Saturno mostra uno schema a bande simile a quello di Giove, ma le bande di Saturno sono molto più deboli e più larghe vicino all'equatore. Come per i livelli delle nuvole di Giove, sono divisi nei livelli superiore e inferiore, che variano nella composizione in base alla profondità e alla pressione. Negli strati delle nuvole superiori, con temperature comprese tra 100 e 160 K e pressioni tra 0,5 e 2 bar, le nuvole sono costituite da ghiaccio di ammoniaca.
Le nuvole di ghiaccio d'acqua iniziano a un livello in cui la pressione è di circa 2,5 bar e si estendono fino a 9,5 bar, dove le temperature variano da 185 a 270 K. In questo strato si mescola una banda di ghiaccio di idrosolfuro di ammonio, che si trova nella gamma di pressione 3–6 bar con temperature di 290–235 K. Infine, gli strati inferiori, dove le pressioni sono comprese tra 10–20 bar e le temperature sono 270–330 K, contengono una regione di goccioline d'acqua con ammoniaca in una soluzione acquosa.
A volte, l'atmosfera di Saturno mostra ovali di lunga durata, simili a quelli che si osservano comunemente su Giove. Mentre Giove ha la Grande Macchia Rossa, Saturno periodicamente ha quella che è conosciuta come la Grande Macchia Bianca (alias Grande Ovale Bianca). Questo fenomeno unico ma di breve durata si verifica una volta ogni anno di Saturno, circa ogni 30 anni terrestri, nel periodo del solstizio d'estate dell'emisfero settentrionale.
Questi punti possono avere una larghezza di diverse migliaia di chilometri e sono stati osservati nel 1876, 1903, 1933, 1960 e 1990. Dal 2010, è stata osservata una grande banda di nuvole bianche chiamata Disturbo Elettrostatico Settentrionale che avvolge Saturno, che è stata avvistata da la sonda spaziale Cassini. Se la natura periodica di queste tempeste viene mantenuta, ne si verificherà un'altra intorno al 2020.
I venti su Saturno sono i secondi più veloci tra i pianeti del Sistema Solare, dopo quelli di Nettuno. I dati di Voyager indicano picchi di venti orientali di 500 m / s (1800 km / h). I poli nord e sud di Saturno hanno anche mostrato prove di tempo tempestoso. Al polo nord, questo assume la forma di un modello di onde esagonali, mentre il sud mostra le prove di un massiccio flusso di jet.
Il persistente motivo a onde esagonali attorno al polo nord è stato notato per la prima volta nel Voyager immagini. I lati dell'esagono sono ciascuno lungo circa 13.800 km (8.600 mi) (che è più lungo del diametro della Terra) e la struttura ruota con un periodo di 10h 39m 24s, che si presume sia uguale al periodo di rotazione di L'interno di Saturno.
Il vortice del polo sud, nel frattempo, è stato osservato per la prima volta usando il telescopio spaziale Hubble. Queste immagini indicavano la presenza di una corrente a getto, ma non di un'onda stazionaria esagonale. Si stima che queste tempeste generino venti di 550 km / h, sono paragonabili alle dimensioni della Terra e si ritiene che continuino da miliardi di anni. Nel 2006, la sonda spaziale Cassini ha osservato una tempesta simile a un uragano che aveva un occhio chiaramente definito. Simili tempeste non erano state osservate su nessun pianeta diverso dalla Terra, nemmeno su Giove.
Atmosfera di Urano:
Come per la Terra, l'atmosfera di Urano è suddivisa in strati, a seconda della temperatura e della pressione. Come gli altri giganti gassosi, il pianeta non ha una superficie stabile e gli scienziati definiscono la superficie come la regione in cui la pressione atmosferica supera una barra (la pressione trovata sulla Terra a livello del mare). Qualsiasi cosa accessibile alle funzionalità di telerilevamento - che si estende fino a circa 300 km al di sotto del livello di 1 bar - è considerata anche l'atmosfera.
Usando questi punti di riferimento, l'atmosfera di Urano può essere divisa in tre strati. La prima è la troposfera, tra un'altitudine di -300 km sotto la superficie e 50 km sopra di essa, dove le pressioni variano da 100 a 0,1 bar (da 10 MPa a 10 kPa). Il secondo strato è la stratosfera, che raggiunge tra 50 e 4000 km e subisce pressioni tra 0,1 e 10-10 bar (da 10 kPa a 10 µPa).
La troposfera è lo strato più denso nell'atmosfera di Urano. Qui, la temperatura varia da 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) alla base (-300 km) a 53 K (-220 ° C / -364 ° F) a 50 km, con la regione superiore la più fredda nel sistema solare. La regione della tropopausa è responsabile della stragrande maggioranza delle emissioni di infrarossi termici di Urano, determinando così la sua temperatura effettiva di 59,1 ± 0,3 K.
All'interno della troposfera ci sono strati di nuvole - nuvole d'acqua alle pressioni più basse, con sopra nuvole di idrosolfuro di ammonio. Le nuvole di ammoniaca e idrogeno solforato vengono dopo. Alla fine, sottili nuvole di metano giacevano sulla cima.
Nella stratosfera, le temperature variano da 53 K (-220 ° C / -364 ° F) al livello superiore tra 800 e 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) alla base della termosfera, grazie in gran parte al riscaldamento causato dalle radiazioni solari. La stratosfera contiene smog etano, che può contribuire all'aspetto noioso del pianeta. Sono presenti anche acetilene e metano e questi pericoli aiutano a riscaldare la stratosfera.
Lo strato più esterno, la termosfera e la corona, si estendono da 4.000 km a un'altezza di 50.000 km dalla superficie. Questa regione ha una temperatura uniforme di 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), anche se gli scienziati non sono sicuri del motivo. Poiché la distanza di Urano dal Sole è così grande, la quantità di luce solare assorbita non può essere la causa principale.
Come Giove e Saturno, il tempo di Urano segue uno schema simile in cui i sistemi sono suddivisi in bande che ruotano intorno al pianeta, che sono guidati dal calore interno che sale nell'atmosfera superiore. Di conseguenza, i venti su Urano possono raggiungere i 900 km / h (560 mph), creando tempeste enormi come quella individuata dal telescopio spaziale Hubble nel 2012. Simile al Grande punto rosso di Giove, questo "punto oscuro" era un gigante vortice di nuvole che misurava 1.700 chilometri per 3.000 chilometri (1.100 miglia per 1.900 miglia).
L'atmosfera di Nettuno:
Ad alta quota, l'atmosfera di Nettuno è composta per l'80% da idrogeno e il 19% da elio, con una traccia di metano. Come con Urano, questo assorbimento di luce rossa da parte del metano atmosferico fa parte di ciò che dà a Nettuno la sua tonalità blu, sebbene quella di Nettuno sia più scura e più vivida. Poiché il contenuto di metano nell'atmosfera di Nettuno è simile a quello di Urano, si ritiene che alcuni componenti sconosciuti contribuiscano alla colorazione più intensa di Nettuno.
L'atmosfera di Nettuno è suddivisa in due regioni principali: la troposfera inferiore (dove la temperatura diminuisce con l'altitudine) e la stratosfera (dove la temperatura aumenta con l'altitudine). Il confine tra i due, la tropopausa, si trova ad una pressione di 0,1 bar (10 kPa). La stratosfera lascia quindi il posto alla termosfera a una pressione inferiore a 10-5 a 10-4 microbar (da 1 a 10 Pa), che si spostano gradualmente verso l'esosfera.
Gli spettri di Nettuno suggeriscono che la sua bassa stratosfera è nebulosa a causa della condensazione dei prodotti causata dall'interazione della radiazione ultravioletta e del metano (cioè fotolisi), che produce composti come etano ed ethyne. La stratosfera è anche sede di tracce di monossido di carbonio e acido cianidrico, responsabili della stratosfera di Nettuno che è più calda di quella di Urano.
Per ragioni che rimangono oscure, la termosfera del pianeta ha temperature insolitamente alte di circa 750 K (476,85 ° C / 890 ° F). Il pianeta è troppo lontano dal Sole perché questo calore sia generato dalla radiazione ultravioletta, il che significa che è coinvolto un altro meccanismo di riscaldamento - che potrebbe essere l'interazione dell'atmosfera con gli ioni nel campo magnetico del pianeta, o le onde di gravità dall'interno del pianeta che si dissipano in l'atmosfera.
Poiché Nettuno non è un corpo solido, la sua atmosfera subisce una rotazione differenziale. L'ampia zona equatoriale ruota con un periodo di circa 18 ore, che è più lento della rotazione di 16,1 ore del campo magnetico del pianeta. Al contrario, è vero il contrario per le regioni polari in cui il periodo di rotazione è di 12 ore.
Questa rotazione differenziale è la più pronunciata di qualsiasi pianeta del Sistema Solare e si traduce in un forte taglio del vento latitudinale e tempeste violente. I tre più impressionanti furono tutti individuati nel 1989 dalla sonda spaziale Voyager 2, e quindi nominati in base alle loro apparenze.
Il primo ad essere notato è stata un'enorme tempesta anticiclonica che misura 13.000 x 6.600 km e ricorda la Grande Macchia Rossa di Giove. Conosciuta come la Grande Macchia Oscura, questa tempesta non fu avvistata cinque dopo (il 2 novembre 1994) quando il telescopio spaziale Hubble lo cercò. Invece, una nuova tempesta che era molto simile nell'aspetto è stata trovata nell'emisfero settentrionale del pianeta, suggerendo che queste tempeste hanno una durata di vita più breve di quella di Giove.
Lo scooter è un'altra tempesta, un gruppo di nuvole bianche situato più a sud rispetto al Great Dark Spot - un soprannome che è sorto per la prima volta durante i mesi precedenti Voyager 2 incontro nel 1989. The Small Dark Spot, una tempesta ciclonica meridionale, è stata la seconda tempesta più intensa osservata durante l'incontro del 1989. Inizialmente era completamente buio; ma come Voyager 2 si avvicinò al pianeta, si sviluppò un nucleo luminoso che poteva essere visto nella maggior parte delle immagini ad alta risoluzione.
Insomma, il pianeta del nostro Sistema Solare ha tutti una sorta di atmosfera. E rispetto all'atmosfera relativamente balsamica e densa della Terra, vanno dalla gamma molto molto sottile a molto molto densa. Le temperature variano anche dall'estremo caldo (come su Venere) all'estremo freddo gelido.
E quando si tratta di sistemi meteorologici, le cose possono essere ugualmente estreme, con il pianeta che si vanta sia del tempo, sia delle intense tempeste cicloniche e di polvere che fanno vergognare le tempeste qui sulla Terra. E mentre alcuni sono completamente ostili alla vita come la conosciamo, altri con cui potremmo essere in grado di lavorare.
Abbiamo molti articoli interessanti sull'atmosfera planetaria qui su Space Magazine. Ad esempio, è What is the Atmosphere ?, e articoli sull'atmosfera di Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno,
Per ulteriori informazioni sulle atmosfere, controlla le pagine della NASA sugli strati atmosferici della Terra, il ciclo del carbonio e su come l'atmosfera terrestre differisce dallo spazio.
Il cast di astronomia ha un episodio sulla fonte dell'atmosfera.
