فرار و تکامل اتمسفری
چگونگی شکلگیری اتمسفرهای سیارهای، از دست رفتن آنها در فضا، و دگرگونیشان طی میلیاردها سال، که اقلیم و قابلیت سکونت را شکل میدهد.
Definition
فرار و تکامل اتمسفری مطالعه چگونگی پیدایش اتمسفرهای سیارهای، تغییر در ترکیب آنها، و از دست دادن گاز به فضا در طول زمان زمینشناختی است.
Scope
این موضوع به منشأ و تکامل بلندمدت اتمسفرهای سیارهای و فرآیندهایی که طی آن گازها به فضا نشت میکنند، میپردازد. این شامل منابعی مانند گاززدایی و تحویل برخوردی، و فرورفتگیهایی مانند فرار حرارتی، فرار هیدرودینامیکی، فرار فوتوشیمیایی و یونی، و فرسایش برخوردی، و نقش تشخیصی تفکیک ایزوتوپی که فرار از خود به جای میگذارد، میشود. مطالعات موردی شامل از دست رفتن اتمسفر اولیه مریخ، از دست رفتن آب فرارکننده در زهره، و فرار اتمسفری از سیارات فراخورشیدی نزدیک است.
Core questions
- چه فرآیندهایی به گازهای اتمسفری اجازه میدهند تا از گرانش یک سیاره فرار کنند؟
- چگونه گاززدایی، تحویل، و فرار با هم ترکیب شدند تا اتمسفرها را بسازند و تهی کنند؟
- تفکیک ایزوتوپی چه چیزی را درباره از دست رفتن اتمسفری گذشته ثبت میکند؟
- چگونه فرار، اقلیم بلندمدت و قابلیت سکونت یک سیاره را کنترل میکند؟
Key theories
- فرار حرارتی و هیدرودینامیکی
- گاز میتواند فرار کند زمانی که اتمها در اتمسفر بالایی به صورت جداگانه به سرعت فرار میرسند (فرار جینز) یا زمانی که گرمایش شدید یک جریان خروجی هیدرودینامیکی حجیم را به حرکت در میآورد که حتی گونههای سنگین را نیز با خود میبرد.
- فرار غیرحرارتی و یونی
- در سیارات بدون میدان مغناطیسی، باد خورشیدی یونها را از اتمسفر بالایی جدا میکند، فرآیندی که در مریخ اندازهگیری شده و به توضیح از دست رفتن اتمسفر اولیه آن کمک میکند.
- تفکیک ایزوتوپی به عنوان سابقه از دست رفتن
- از آنجا که ایزوتوپهای سبکتر به صورت ترجیحی فرار میکنند، غنیسازی ایزوتوپهای سنگین در یک اتمسفر، مقدار تجمعی گاز از دست رفته در طول تاریخ یک سیاره را ثبت میکند.
Mechanisms
اتمسفرها از طریق گاززدایی آتشفشانی و تحویل برخوردی گاز به دست میآورند و از طریق چندین کانال فرار آن را از دست میدهند: فرار حرارتی اتمهای سبک، خروج هیدرودینامیکی تحت گرمایش شدید، واکنشهای فوتوشیمیایی که به اتمها انرژی میدهند، و جداسازی یون توسط باد خورشیدی در جایی که میدان مغناطیسی از سیاره محافظت نمیکند. از دست دادن ترجیحی ایزوتوپهای سبک، اثر انگشت قابل اندازهگیری از فرار گذشته را به جای میگذارد.
Clinical relevance
فرار اتمسفری تعیین میکند که آیا یک سیاره هوا و آب لازم برای قابلیت سکونت را حفظ میکند یا خیر، و سرنوشتهای متفاوت زهره، زمین و مریخ و همچنین تکامل سیارات فراخورشیدی نزدیک را توضیح میدهد.
History
فیزیک فرار اتمسفری در طول قرن بیستم از نظریه فرار حرارتی جینز تا مدلهای از دست رفتن هیدرودینامیکی و غیرحرارتی توسعه یافت. اندازهگیریهای مأموریت ماون (MAVEN) در دهه ۲۰۱۰، فرار یونی مداوم از مریخ را کمیسازی کرد و از ایزوتوپها برای تخمین کل از دست رفتن اتمسفری آن استفاده کرد، در حالی که مشاهدات اتمسفرهای داغ سیارات فراخورشیدی در حال تبخیر، این زمینه را فراتر از منظومه شمسی گسترش داد.
Debates
- چگونگی از دست رفتن اتمسفر اولیه مریخ
- سهم نسبی فرار به فضا در مقابل جداسازی در پوسته در از بین بردن اتمسفر زمانی ضخیمتر مریخ هنوز در حال کمیسازی است.
Key figures
- David Catling
- James Kasting
- Bruce Jakosky
- Donald Hunten
Related topics
Seminal works
- catlingkasting2017
- jakosky2017
Frequently asked questions
- سیارات چگونه اتمسفر خود را از دست میدهند؟
- گاز میتواند زمانی که اتمسفر بالایی داغ است به جوش آید، توسط تابش شدید به بیرون پرتاب شود، یا توسط باد خورشیدی جدا شود، به ویژه در سیارات کوچک یا بدون میدان مغناطیسی.
- چرا فرار اتمسفری برای حیات اهمیت دارد؟
- از دست دادن بیش از حد اتمسفر میتواند یک سیاره را خشک و سرد کند و هوا و آب مایع مورد نیاز حیات را از بین ببرد، همانطور که به نظر میرسد برای مریخ اتفاق افتاده است.