ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ (นอกโลก)

ชั้นบรรยากาศที่เป็นแก๊สของดาวเคราะห์และดวงจันทร์นอกเหนือจากโลก ตั้งแต่ชั้นคาร์บอนไดออกไซด์ที่หนาแน่นของดาวศุกร์ ไปจนถึงชั้นบรรยากาศไนโตรเจน-มีเทนที่ขุ่นมัวของไททัน

Definition

ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกโลกคือชั้นแก๊สที่ห่อหุ้มดาวเคราะห์และดวงจันทร์อื่น ๆ นอกเหนือจากโลก ซึ่งศึกษาผ่านองค์ประกอบ โครงสร้าง พลวัต และสภาพภูมิอากาศ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมชั้นบรรยากาศของวัตถุอื่นที่ไม่ใช่โลก: องค์ประกอบและที่มา โครงสร้างอุณหภูมิในแนวตั้ง เมฆและหมอกควัน ตลอดจนการหมุนเวียนและสภาพอากาศขนาดใหญ่ ครอบคลุมชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นของดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวเคราะห์ยักษ์ และไททัน รวมถึงชั้นบรรยากาศที่เบาบางและแปลกประหลาดในที่อื่น ๆ และกล่าวถึงกระบวนการแผ่รังสี พลวัต และเคมีที่ควบคุมสิ่งเหล่านี้ แนวทางการเปรียบเทียบใช้ความหลากหลายนี้เพื่อทดสอบทฤษฎีทั่วไปของโครงสร้างบรรยากาศและสภาพภูมิอากาศ

Core questions

• อะไรเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบและโครงสร้างแนวตั้งของชั้นบรรยากาศ?
• การหมุน ความร้อน และการควบแน่นจัดระเบียบการหมุนเวียนของบรรยากาศและสภาพอากาศได้อย่างไร?
• ปรากฏการณ์เรือนกระจกและเมฆควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวและบรรยากาศได้อย่างไร?
• กระบวนการทางเคมีใดที่ทำให้เกิดหมอกควันและเมฆที่เห็นบนโลกอื่น ๆ?

Key theories

สมดุลการแผ่รังสี-การพาความร้อน

สมดุลระหว่างการให้ความร้อนและการทำให้เย็นลงด้วยการแผ่รังสีและการพลิกคว่ำด้วยการพาความร้อนกำหนดโปรไฟล์อุณหภูมิของชั้นบรรยากาศและความแข็งแกร่งของภาวะโลกร้อนจากเรือนกระจก

การหมุนเวียนทั่วไปของบรรยากาศ

ความร้อนที่แตกต่างกันและการหมุนของดาวเคราะห์ขับเคลื่อนรูปแบบการหมุนเวียน ตั้งแต่เซลล์คล้าย Hadley และการหมุนเร็วเกินไปบนดาวเคราะห์ที่หมุนช้า ไปจนถึงกระแสลมกรดตามแนวเส้นศูนย์สูตรบนดาวเคราะห์ยักษ์ที่หมุนเร็ว

Mechanisms

แสงอาทิตย์ที่ถูกดูดซับในระดับความลึกและรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากด้านบนกำหนดโครงสร้างอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศ โดยมีก๊าซเรือนกระจกกักเก็บความร้อนไว้ใกล้พื้นผิว ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอและการหมุนทำให้เกิดลมและเซลล์การหมุนเวียน ในขณะที่ปฏิกิริยาเคมีแสงและการควบแน่นทำให้เกิดเมฆและหมอกควันซึ่งส่งผลย้อนกลับต่อสมดุลการแผ่รังสี

Clinical relevance

การเปรียบเทียบชั้นบรรยากาศทั่วทั้งระบบสุริยะเผยให้เห็นหลักการทั่วไปของสภาพภูมิอากาศและการหมุนเวียน ซึ่งเป็นบริบทที่สำคัญสำหรับการทำความเข้าใจชั้นบรรยากาศของโลกและการตีความชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ

History

ยานอวกาศได้เปลี่ยนแปลงการศึกษาชั้นบรรยากาศอื่น ๆ: ยาน Venera และ Pioneer Venus ได้สำรวจชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นของดาวศุกร์ ยาน Viking และยานลงจอดและยานโคจรในภายหลังได้ระบุลักษณะของชั้นบรรยากาศที่เบาบางของดาวอังคาร ยานสำรวจ Galileo ได้เก็บตัวอย่างชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี และยาน Cassini-Huygens ได้เปิดเผยชั้นบรรยากาศไนโตรเจน-มีเทนที่หนาแน่นและพื้นผิวของไททัน ซึ่งเป็นการสร้างวิทยาภูมิอากาศดาวเคราะห์เปรียบเทียบ

Debates

ที่มาของการหมุนเร็วเกินไปของชั้นบรรยากาศดาวศุกร์

เหตุใดชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์จึงหมุนเร็วกว่าดาวเคราะห์ที่หมุนช้า ๆ ใต้ชั้นบรรยากาศนั้นมาก ยังคงไม่สามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์แม้จะมีการสังเกตและการสร้างแบบจำลองอย่างกว้างขวาง

Key figures

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

Seminal works

• taylor2010
• ingersoll2013

Frequently asked questions

ดวงจันทร์ดวงใดมีชั้นบรรยากาศหนาแน่น?

ไททัน ดวงจันทร์ของดาวเสาร์ มีชั้นบรรยากาศไนโตรเจนหนาแน่นกว่าโลก พร้อมด้วยเมฆมีเทนและฝนที่กัดเซาะแม่น้ำและเติมเต็มทะเลสาบบนพื้นผิว

เหตุใดการศึกษาชั้นบรรยากาศอื่น ๆ จึงมีประโยชน์ต่อโลก?

ดาวเคราะห์ดวงอื่นทำหน้าที่เป็นการทดลองทางธรรมชาติที่มีอุณหภูมิ องค์ประกอบ และอัตราการหมุนที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยทดสอบฟิสิกส์ทั่วไปที่อยู่เบื้องหลังสภาพภูมิอากาศและสภาพอากาศของโลก