Планетарные атмосферы (внеземные)

Газовые оболочки планет и лун за пределами Земли, от давящего углекислотного одеяла Венеры до туманного азотно-метанового воздуха Титана.

Definition

Внеземные планетарные атмосферы — это газовые оболочки, окружающие планеты и луны, отличные от Земли, изучаемые посредством их состава, структуры, динамики и климата.

Scope

Эта тема охватывает атмосферы небесных тел, отличных от Земли: их состав и происхождение, вертикальную термическую структуру, облака и дымки, а также крупномасштабную циркуляцию и погоду. Она включает плотные атмосферы Венеры, Марса, планет-гигантов и Титана, а также тонкие и экзотические атмосферы в других местах, и рассматривает радиационные, динамические и химические процессы, которые ими управляют. Сравнительный подход использует это разнообразие для проверки общих теорий атмосферной структуры и климата.

Core questions

• Что определяет состав и вертикальную структуру атмосферы?
• Как вращение, нагрев и конденсация организуют атмосферную циркуляцию и погоду?
• Как парниковый эффект и облака контролируют температуру поверхности и атмосферы?
• Какие химические процессы формируют дымки и облака, наблюдаемые на других мирах?

Key theories

Радиационно-конвективное равновесие

Баланс между радиационным нагревом и охлаждением и конвективным перемешиванием определяет температурный профиль атмосферы и интенсивность ее парникового потепления.

Общая циркуляция атмосферы

Дифференциальный нагрев и планетарное вращение приводят в движение циркуляционные паттерны, от ячеек типа Гадли и суперротации на медленно вращающихся телах до полосатых зональных струй на быстро вращающихся гигантах.

Mechanisms

Солнечный свет, поглощаемый на глубине, и инфракрасное излучение, испускаемое сверху, определяют температурную структуру атмосферы, при этом парниковые газы удерживают тепло у поверхности. Неравномерный нагрев и вращение вызывают ветры и циркуляционные ячейки, в то время как фотохимия и конденсация производят облака и дымки, которые влияют на радиационный баланс.

Clinical relevance

Сравнение атмосфер в Солнечной системе выявляет общие принципы климата и циркуляции, предоставляя важный контекст для понимания атмосферы Земли и для интерпретации атмосфер экзопланет.

History

Космические аппараты преобразили изучение других атмосфер: «Венера» и «Пионер-Венера» исследовали плотную атмосферу Венеры, «Викинг» и более поздние посадочные аппараты и орбитальные станции охарактеризовали разреженный марсианский воздух, зонд «Галилео» взял пробы атмосферы Юпитера, а «Кассини-Гюйгенс» раскрыл плотную азотно-метановую атмосферу и поверхность Титана, заложив основы сравнительной планетарной климатологии.

Debates

Происхождение суперротации атмосферы Венеры

Почему атмосфера Венеры вращается намного быстрее, чем медленно вращающаяся под ней планета, остается не до конца объясненным, несмотря на обширные наблюдения и моделирование.

Key figures

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

Seminal works

• taylor2010
• ingersoll2013

Frequently asked questions

У какой луны плотная атмосфера?

Спутник Сатурна Титан имеет плотную азотную атмосферу, более плотную, чем земная, с метановыми облаками и дождями, которые вырезают реки и заполняют озера на его поверхности.

Почему изучение других атмосфер полезно для Земли?

Другие планеты выступают в качестве естественных экспериментов с различными температурами, составами и скоростями вращения, помогая проверить общие физические принципы, лежащие в основе климата и погоды Земли.