Planetenatmosphären (extraterrestrisch)

Die gasförmigen Hüllen von Planeten und Monden jenseits der Erde, von der erdrückenden Kohlendioxiddecke der Venus bis zur dunstigen Stickstoff-Methan-Luft des Titan.

Definition

Extraterrestrische Planetenatmosphären sind die gasförmigen Hüllen, die Planeten und Monde außer der Erde umgeben und durch ihre Zusammensetzung, Struktur, Dynamik und ihr Klima untersucht werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die Atmosphären von Himmelskörpern außer der Erde: ihre Zusammensetzung und ihren Ursprung, die vertikale thermische Struktur, Wolken und Dunstschichten sowie die großräumige Zirkulation und das Wetter. Es umfasst die dichten Atmosphären der Venus, des Mars, der Riesenplaneten und des Titan sowie dünne und exotische Atmosphären anderswo und behandelt die strahlungsbedingten, dynamischen und chemischen Prozesse, die sie steuern. Der vergleichende Ansatz nutzt diese Vielfalt, um allgemeine Theorien der atmosphärischen Struktur und des Klimas zu testen.

Core questions

• Was bestimmt die Zusammensetzung und vertikale Struktur einer Atmosphäre?
• Wie organisieren Rotation, Erwärmung und Kondensation die atmosphärische Zirkulation und das Wetter?
• Wie steuern Treibhauseffekte und Wolken die Oberflächen- und atmosphärischen Temperaturen?
• Welche chemischen Prozesse bilden die Dunstschichten und Wolken, die auf anderen Welten zu sehen sind?

Key theories

Strahlungs-konvektives Gleichgewicht

Das Gleichgewicht zwischen strahlungsbedingter Erwärmung und Abkühlung sowie konvektiver Umwälzung bestimmt das Temperaturprofil einer Atmosphäre und die Stärke ihrer Treibhaus-Erwärmung.

Atmosphärische allgemeine Zirkulation

Differentielle Erwärmung und planetare Rotation treiben Zirkulationsmuster an, von Hadley-ähnlichen Zellen und Superrotation bei langsam rotierenden Körpern bis hin zu gebänderten zonalen Jets bei den schnell rotierenden Riesenplaneten.

Mechanisms

Tief absorbierte Sonnenstrahlung und von oben emittierte Infrarotstrahlung bestimmen die Temperaturstruktur einer Atmosphäre, wobei Treibhausgase Wärme nahe der Oberfläche einschließen. Ungleichmäßige Erwärmung und Rotation treiben Winde und Zirkulationszellen an, während Photochemie und Kondensation Wolken und Dunstschichten erzeugen, die wiederum den Strahlungshaushalt beeinflussen.

Clinical relevance

Der Vergleich von Atmosphären im gesamten Sonnensystem offenbart die allgemeinen Prinzipien von Klima und Zirkulation und liefert einen wesentlichen Kontext für das Verständnis der Erdatmosphäre und die Interpretation von Exoplanetenatmosphären.

History

Raumsonden revolutionierten die Erforschung anderer Atmosphären: Venera und Pioneer Venus untersuchten die dichte Atmosphäre der Venus, Viking und spätere Lander und Orbiter charakterisierten die dünne Marsatmosphäre, die Galileo-Sonde entnahm Proben der Jupiteratmosphäre, und Cassini-Huygens enthüllte die dichte Stickstoff-Methan-Atmosphäre und Oberfläche des Titan und etablierte so die vergleichende Planetenklimatologie.

Debates

Ursprung der atmosphärischen Superrotation der Venus

Warum sich die Atmosphäre der Venus weitaus schneller dreht als der langsam rotierende Planet darunter, bleibt trotz umfangreicher Beobachtungen und Modellierungen unvollständig erklärt.

Key figures

• Fredric Taylor
• Andrew Ingersoll
• James Pollack
• Carl Sagan

Seminal works

• taylor2010
• ingersoll2013

Frequently asked questions

Welcher Mond hat eine dicke Atmosphäre?

Der Saturnmond Titan besitzt eine dichte Stickstoffatmosphäre, die dicker ist als die der Erde, komplett mit Methanwolken und Regen, der Flüsse formt und Seen auf seiner Oberfläche füllt.

Warum ist die Untersuchung anderer Atmosphären für die Erde nützlich?

Andere Planeten dienen als natürliche Experimente mit unterschiedlichen Temperaturen, Zusammensetzungen und Rotationsgeschwindigkeiten und helfen, die allgemeine Physik hinter dem Klima und Wetter der Erde zu testen.