Khí quyển hành tinh (ngoài Trái Đất)

Các lớp khí bao quanh các hành tinh và mặt trăng ngoài Trái Đất, từ lớp carbon dioxide dày đặc của Sao Kim đến không khí nitơ-metan mờ ảo của Titan.

Definition

Khí quyển hành tinh ngoài Trái Đất là các lớp khí bao quanh các hành tinh và mặt trăng ngoài Trái Đất, được nghiên cứu thông qua thành phần, cấu trúc, động lực học và khí hậu của chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm khí quyển của các thiên thể khác ngoài Trái Đất: thành phần và nguồn gốc của chúng, cấu trúc nhiệt thẳng đứng, mây và sương mù, cũng như sự lưu thông và thời tiết quy mô lớn. Nó bao gồm khí quyển dày đặc của Sao Kim, Sao Hỏa, các hành tinh khí khổng lồ và Titan, cũng như khí quyển mỏng và kỳ lạ ở những nơi khác, và nó đề cập đến các quá trình bức xạ, động lực học và hóa học chi phối chúng. Cách tiếp cận so sánh sử dụng sự đa dạng này để kiểm tra các lý thuyết chung về cấu trúc và khí hậu khí quyển.

Core questions

• Điều gì quyết định thành phần và cấu trúc thẳng đứng của khí quyển?
• Sự quay, sự nóng lên và sự ngưng tụ tổ chức sự lưu thông khí quyển và thời tiết như thế nào?
• Hiệu ứng nhà kính và mây kiểm soát nhiệt độ bề mặt và khí quyển như thế nào?
• Những quá trình hóa học nào hình thành sương mù và mây được nhìn thấy trên các thế giới khác?

Key theories

Cân bằng bức xạ-đối lưu

Sự cân bằng giữa sự nóng lên và làm mát bằng bức xạ và sự đối lưu lật đổ thiết lập hồ sơ nhiệt độ của khí quyển và cường độ của sự nóng lên nhà kính của nó.

Lưu thông chung của khí quyển

Sự nóng lên khác biệt và sự quay của hành tinh tạo ra các mô hình lưu thông, từ các ô giống Hadley và siêu quay trên các thiên thể quay chậm đến các dòng tia theo dải trên các hành tinh khổng lồ quay nhanh.

Mechanisms

Ánh sáng mặt trời hấp thụ ở độ sâu và bức xạ hồng ngoại phát ra từ phía trên thiết lập cấu trúc nhiệt độ của khí quyển, với các khí nhà kính giữ nhiệt gần bề mặt. Sự nóng lên không đều và sự quay tạo ra gió và các ô lưu thông, trong khi quang hóa và ngưng tụ tạo ra mây và sương mù, từ đó tác động ngược lại đến cân bằng bức xạ.

Clinical relevance

So sánh khí quyển trên khắp Hệ Mặt Trời cho thấy các nguyên tắc chung về khí hậu và lưu thông, cung cấp bối cảnh thiết yếu để hiểu khí quyển Trái Đất và để giải thích khí quyển của các ngoại hành tinh.

History

Tàu vũ trụ đã thay đổi việc nghiên cứu các khí quyển khác: Venera và Pioneer Venus đã thăm dò khí quyển dày đặc của Sao Kim, Viking và các tàu đổ bộ và quỹ đạo sau này đã mô tả không khí mỏng của Sao Hỏa, tàu thăm dò Galileo đã lấy mẫu khí quyển của Sao Mộc, và Cassini-Huygens đã tiết lộ khí quyển nitơ-metan dày đặc và bề mặt của Titan, thiết lập ngành khí hậu học hành tinh so sánh.

Debates

Nguồn gốc của siêu quay khí quyển của Sao Kim

Tại sao khí quyển của Sao Kim quay nhanh hơn nhiều so với hành tinh quay chậm bên dưới nó vẫn chưa được giải thích đầy đủ mặc dù đã có nhiều quan sát và mô hình hóa.

Key figures

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

Seminal works

• taylor2010
• ingersoll2013

Frequently asked questions

Mặt trăng nào có khí quyển dày?

Mặt trăng Titan của Sao Thổ có khí quyển nitơ dày đặc hơn Trái Đất, hoàn chỉnh với mây metan và mưa tạo ra các con sông và lấp đầy các hồ trên bề mặt của nó.

Tại sao việc nghiên cứu các khí quyển khác lại hữu ích cho Trái Đất?

Các hành tinh khác hoạt động như các thí nghiệm tự nhiên với nhiệt độ, thành phần và tốc độ quay khác nhau, giúp kiểm tra các nguyên lý vật lý chung đằng sau khí hậu và thời tiết của Trái Đất.