Pelepasan dan Evolusi Atmosfer

Bagaimana atmosfer planet terbentuk, hilang ke luar angkasa, dan bertransformasi selama miliaran tahun, membentuk iklim dan kelayakhunian.

Definition

Pelepasan dan evolusi atmosfer adalah studi tentang bagaimana atmosfer planet berasal, berubah komposisinya, dan kehilangan gas ke luar angkasa selama waktu geologis.

Scope

Topik ini mencakup asal-usul dan evolusi jangka panjang atmosfer planet serta proses-proses di mana atmosfer tersebut bocor ke luar angkasa. Ini membahas sumber-sumber seperti pelepasan gas (outgassing) dan pengiriman dampak, penyerapan seperti pelepasan termal, pelepasan hidrodinamik, pelepasan fotokimia dan ion, serta erosi dampak, dan peran diagnostik fraksinasi isotop yang ditinggalkan oleh pelepasan. Studi kasus meliputi hilangnya atmosfer awal Mars, hilangnya air secara tak terkendali di Venus, dan pelepasan atmosfer dari eksoplanet yang dekat.

Core questions

• Proses apa yang memungkinkan gas atmosfer lolos dari gravitasi planet?
• Bagaimana pelepasan gas, pengiriman, dan pelepasan bergabung untuk membangun dan menipiskan atmosfer?
• Apa yang dicatat oleh fraksinasi isotop tentang kehilangan atmosfer di masa lalu?
• Bagaimana pelepasan mengontrol iklim jangka panjang dan kelayakhunian sebuah planet?

Key theories

Pelepasan termal dan hidrodinamik

Gas dapat lolos ketika atom di atmosfer atas mencapai kecepatan lepas secara individual (pelepasan Jeans) atau ketika pemanasan intens mendorong aliran keluar hidrodinamik massal yang menyeret bahkan spesies berat.

Pelepasan non-termal dan ion

Pada planet yang tidak bermagnet, angin matahari mengupas ion dari atmosfer atas, sebuah proses yang diukur di Mars yang membantu menjelaskan hilangnya atmosfer awalnya.

Fraksinasi isotop sebagai catatan kehilangan

Karena isotop yang lebih ringan lolos secara preferensial, pengayaan isotop berat di atmosfer mencatat jumlah kumulatif gas yang hilang sepanjang sejarah planet.

Mechanisms

Atmosfer memperoleh gas dari pelepasan gas vulkanik dan pengiriman dampak dan kehilangannya melalui beberapa saluran pelepasan: pelepasan termal atom ringan, hembusan hidrodinamik di bawah pemanasan kuat, reaksi fotokimia yang memberi energi pada atom, dan pengupasan ion angin matahari di mana tidak ada medan magnet yang melindungi planet. Hilangnya isotop ringan secara preferensial meninggalkan jejak terukur dari pelepasan di masa lalu.

Clinical relevance

Pelepasan atmosfer mengatur apakah sebuah planet mempertahankan udara dan air yang dibutuhkan untuk kelayakhunian, dan ini menjelaskan nasib yang berbeda dari Venus, Bumi, dan Mars serta evolusi eksoplanet yang dekat.

History

Fisika pelepasan atmosfer dikembangkan sepanjang abad ke-20 dari teori pelepasan termal Jeans hingga model pelepasan hidrodinamik dan non-termal. Pengukuran misi MAVEN pada tahun 2010-an mengukur pelepasan ion yang sedang berlangsung dari Mars dan menggunakan isotop untuk memperkirakan total kehilangan atmosfernya, sementara pengamatan atmosfer eksoplanet panas yang menguap memperluas bidang ini di luar Tata Surya.

Debates

Bagaimana Mars kehilangan atmosfer awalnya

Kontribusi relatif pelepasan ke luar angkasa versus sekuestrasi ke dalam kerak dalam menghilangkan atmosfer Mars yang dulunya lebih tebal masih diukur.

Key figures

• David Catling
• James Kasting
• Bruce Jakosky
• Donald Hunten

Seminal works

• catlingkasting2017
• jakosky2017

Frequently asked questions

Bagaimana planet kehilangan atmosfernya?

Gas dapat mendidih ketika atmosfer atas panas, terhempas oleh radiasi intens, atau dihilangkan oleh angin matahari, terutama pada planet kecil atau tidak bermagnet.

Mengapa pelepasan atmosfer penting bagi kehidupan?

Kehilangan terlalu banyak atmosfer dapat mengeringkan dan mendinginkan planet, menghilangkan udara dan air cair yang dibutuhkan kehidupan, seperti yang tampaknya terjadi pada Mars.