Qui sulla Terra, tendiamo a dare per scontata la nostra atmosfera, e non senza ragione. La nostra atmosfera ha una bella miscela di azoto e ossigeno (78% e 21% rispettivamente) con tracce di vapore acqueo, anidride carbonica e altre molecole gassose. Inoltre, godiamo di una pressione atmosferica di 101,325 kPa, che si estende fino a un'altitudine di circa 8,5 km.
In breve, la nostra atmosfera è abbondante e sostiene la vita. Ma che dire degli altri pianeti del Sistema Solare? Come si accumulano in termini di composizione atmosferica e pressione? Sappiamo per certo che non sono traspiranti dagli esseri umani e non possono sostenere la vita. Ma qual è la differenza tra queste palle di roccia e gas e le nostre?
Per cominciare, va notato che ogni pianeta del Sistema Solare ha un'atmosfera di un tipo o dell'altro. E questi vanno dall'incredibilmente sottile e tenue (come l''esosfera' di Mercurio) all'incredibilmente denso e potente, come nel caso di tutti i giganti gassosi. E a seconda della composizione del pianeta, che si tratti di un gigante terrestre o gassoso/ghiaccio, i gas che compongono la sua atmosfera vanno dall'idrogeno e dall'elio a elementi più complessi come ossigeno, anidride carbonica, ammoniaca e metano.
Atmosfera di Mercurio:
Il mercurio è troppo caldo e troppo piccolo per trattenere un'atmosfera. Tuttavia, ha un'esosfera tenue e variabile composta da idrogeno, elio, ossigeno, sodio, calcio, potassio e vapore acqueo, con un livello di pressione combinato di circa 10-14bar (un quadrilionesimo della pressione atmosferica terrestre). Si ritiene che questa esosfera sia stata formata da particelle catturate dal Sole, degassamento vulcanico e detriti lanciati in orbita da impatti di micrometeoriti.
Uno sguardo ad alta risoluzione sull'orizzonte settentrionale di Mercurio. Credito: NASA/MESSENGER
Poiché manca un'atmosfera vitale, Mercurio non ha modo di trattenere il calore del Sole. A causa di ciò e della sua elevata eccentricità, il pianeta subisce notevoli variazioni di temperatura. Mentre il lato rivolto al Sole può raggiungere temperature fino a 700 K (427° C), mentre il lato in ombra scende fino a 100 K (-173° C).
Atmosfera di Venere:
Le osservazioni di superficie di Venere sono state difficili in passato, a causa della sua atmosfera estremamente densa, composta principalmente da anidride carbonica con una piccola quantità di azoto. A 92 bar (9,2 MPa), la massa atmosferica è 93 volte quella dell'atmosfera terrestre e la pressione sulla superficie del pianeta è circa 92 volte quella sulla superficie terrestre.
Venere è anche il pianeta più caldo del nostro Sistema Solare, con una temperatura superficiale media di 735 K (462 °C/863,6 °F). Ciò è dovuto all'atmosfera ricca di CO² che, insieme a spesse nubi di anidride solforosa, genera il più forte effetto serra del Sistema Solare. Sopra il denso strato di CO², spesse nubi costituite principalmente da anidride solforosa e goccioline di acido solforico disperdono circa il 90% della luce solare nello spazio.
Un altro fenomeno comune sono i forti venti di Venere, che raggiungono velocità fino a 85 m/s (300 km/h; 186,4 mph) alla sommità delle nuvole e fanno il giro del pianeta ogni quattro o cinque giorni terrestri. A questa velocità, questi venti si muovono fino a 60 volte la velocità di rotazione del pianeta, mentre i venti più veloci della Terra sono solo il 10-20% della velocità di rotazione del pianeta.
I sorvoli di Venere hanno anche indicato che le sue dense nubi sono in grado di produrre fulmini , proprio come le nuvole sulla Terra. Il loro aspetto intermittente indica uno schema associato all'attività meteorologica e la frequenza dei fulmini è almeno la metà di quella terrestre.
Atmosfera terrestre:
Anche l'atmosfera terrestre, composta da azoto, ossigeno, vapore acqueo, anidride carbonica e altri gas in traccia, è composta da cinque strati. Questi sono costituiti dalla Troposfera, dalla Stratosfera, dalla Mesosfera, dalla Termosfera e dall'Esosfera. Di norma, la pressione e la densità dell'aria diminuiscono quanto più si entra nell'atmosfera e quanto più si è lontani dalla superficie.
La più vicina alla Terra è la Troposfera, che si estende da 0 a 12 km e 17 km (da 0 a 7 e 10,56 mi) sopra la superficie. Questo strato contiene circa l'80% della massa dell'atmosfera terrestre e quasi tutto il vapore acqueo atmosferico o l'umidità si trovano anche qui. Di conseguenza, è lo strato in cui si svolge la maggior parte del clima terrestre.
La stratosfera si estende dalla troposfera fino a un'altitudine di 50 km (31 mi). Questo strato si estende dalla parte superiore della troposfera alla stratopausa, che si trova a un'altitudine di circa 50-55 km (31-34 mi). Questo strato dell'atmosfera ospita lo strato di ozono, che è la parte dell'atmosfera terrestre che contiene concentrazioni relativamente elevate di gas ozono.
Lo Space Shuttle Endeavour si stagliava contro l'atmosfera. Lo strato arancione è la troposfera, lo strato bianco è la stratosfera e lo strato blu è la mesosfera. Credito: NASA
La prossima è la Mesosfera, che si estende da una distanza di 50 a 80 km (da 31 a 50 mi) sul livello del mare. È il luogo più freddo della Terra e ha una temperatura media di circa -85 °C (-120 °F; 190 K). La Termosfera, il secondo strato più alto dell'atmosfera, si estende da un'altitudine di circa 80 km (50 mi) fino alla termopausa, che si trova a un'altitudine di 500-1000 km (310-620 mi).La parte inferiore della termosfera, da 80 a 550 chilometri (da 50 a 342 mi), contiene la ionosfera, così chiamata perché è qui nell'atmosfera che le particelle vengono ionizzate dalla radiazione solare. Questo strato è completamente senza nuvole e privo di vapore acqueo. È anche a questa altitudine che si verificano i fenomeni noti come Aurora boreale e Aurara Australis sono noti per aver luogo.
L'esosfera, che è lo strato più esterno dell'atmosfera terrestre, si estende dall'esobase, situata nella parte superiore della termosfera a un'altitudine di circa 700 km sul livello del mare, a circa 10.000 km (6.200 mi). L'esosfera si fonde con il vuoto dello spazio esterno ed è composta principalmente da densità estremamente basse di idrogeno, elio e diverse molecole più pesanti tra cui azoto, ossigeno e anidride carbonica
L'esosfera si trova troppo al di sopra della Terra perché qualsiasi fenomeno meteorologico sia possibile. Tuttavia, l'aurora boreale e l'aurora australe a volte si verificano nella parte inferiore dell'esosfera, dove si sovrappongono nella termosfera.
Foto dell'aurora scattata dall'astronauta Doug Wheelock dalla Stazione Spaziale Internazionale il 25 luglio 2010. Credito: NASA/Johnson Space Center
La temperatura media della superficie terrestre è di circa 14°C; ma come già notato, questo varia. Ad esempio, la temperatura più calda mai registrata sulla Terra è stata di 70,7 ° C (159 ° F), che è stata scattata nel deserto di Lut in Iran. Nel frattempo, la temperatura più fredda mai registrata sulla Terra è stata misurata presso la stazione sovietica Vostok sull'altopiano antartico, raggiungendo un minimo storico di -89,2°C (-129°F).
Atmosfera di Marte:
Il pianeta Marte ha un'atmosfera molto sottile composta dal 96% di anidride carbonica, 1,93% di argon e 1,89% di azoto insieme a tracce di ossigeno e acqua. L'atmosfera è piuttosto polverosa, contenente particolati che misurano 1,5 micrometri di diametro, che è ciò che conferisce al cielo marziano un colore fulvo se visto dalla superficie. La pressione atmosferica di Marte varia da 0,4 a 0,87 kPa, che equivale a circa l'1% di quella terrestre a livello del mare.
A causa della sua atmosfera sottile e della sua maggiore distanza dal Sole, la temperatura superficiale di Marte è molto più fredda di quella che sperimentiamo qui sulla Terra. La temperatura media del pianeta è di -46 °C (51 °F), con una minima di -143 °C (-225,4 °F) durante l'inverno ai poli e una massima di 35 °C (95 °F) durante l'estate e mezzogiorno all'equatore.
Il pianeta sperimenta anche tempeste di polvere, che possono trasformarsi in quelli che assomigliano a piccoli tornado. Tempeste di polvere più grandi si verificano quando la polvere viene soffiata nell'atmosfera e si riscalda dal sole. L'aria più calda e piena di polvere si alza e i venti si rafforzano, creando tempeste che possono misurare fino a migliaia di chilometri di larghezza e durare per mesi alla volta. Quando diventano così grandi, possono effettivamente bloccare la maggior parte della superficie dalla vista.
Marte, come appare oggi, con un'atmosfera molto sottile e tenue. Credito: NASA
Tracce di metano sono state rilevate anche nell'atmosfera marziana, con una concentrazione stimata di circa 30 parti per miliardo (ppb). Si verifica in pennacchi estesi e i profili implicano che il metano sia stato rilasciato da regioni specifiche - la prima delle quali si trova tra Isidis e Utopia Planitia (30°N 260°W) e la seconda in Arabia Terra (0°N 310° W).
L'ammoniaca è stata anche rilevata provvisoriamente su Marte dalMarte Expresssatellite, ma con una durata relativamente breve. Non è chiaro cosa lo abbia prodotto, ma l'attività vulcanica è stata suggerita come una possibile fonte.
L'atmosfera di Giove:
Proprio come la Terra, le esperienze di Giove aurore vicino ai suoi poli nord e sud. Ma su Giove l'attività aurorale è molto più intensa e raramente si ferma. L'intensa radiazione, il campo magnetico di Giove e l'abbondanza di materiale proveniente dai vulcani di Io che reagiscono con la ionosfera di Giove creano uno spettacolo di luci davvero spettacolare.
Anche Giove sperimenta modelli meteorologici violenti . La velocità del vento di 100 m/s (360 km/h) è comune nei jet zonali e può raggiungere i 620 km/h (385 mph). Le tempeste si formano in poche ore e possono diventare migliaia di km di diametro durante la notte. Una tempesta, il Grande Macchia Rossa , imperversa almeno dalla fine del 1600. La tempesta si è ridotta e si è espansa nel corso della sua storia; ma nel 2012 è stato suggerito che il Giant Red Spot potrebbe alla fine scomparire .
Giove è perennemente ricoperto da nubi composte da cristalli di ammoniaca e forse da idrosolfuro di ammonio. Queste nubi si trovano nella tropopausa e sono disposte in fasce di diverse latitudini, note come “regioni tropicali”. Lo strato di nuvole è profondo solo circa 50 km (31 mi) ed è costituito da almeno due strati di nubi: uno spesso inferiore e una sottile regione più chiara.
Potrebbe esserci anche un sottile strato di nuvole d'acqua sottostante lo strato di ammoniaca, come evidenziato da lampi di fulmini rilevati nell'atmosfera di Giove, che sarebbe causato dalla polarità dell'acqua che crea la separazione di carica necessaria per i fulmini. Le osservazioni di queste scariche elettriche indicano che possono essere fino a mille volte più potenti di quelle osservate qui sulla Terra.
L'atmosfera di Saturno:
L'esterno atmosfera di Saturno contiene il 96,3% di idrogeno molecolare e il 3,25% di elio in volume. Il gigante gassoso è anche noto per contenere elementi più pesanti, sebbene le proporzioni di questi rispetto all'idrogeno e all'elio non siano note. Si presume che corrisponderebbero all'abbondanza primordiale dalla formazione del Sistema Solare.
Tracce di ammoniaca, acetilene, etano, propano, fosfina e metano sono state rilevate anche nell'atmosfera di Saturno.Le nuvole superiori sono composte da cristalli di ammoniaca , mentre le nuvole di livello inferiore sembrano essere costituite da idrosolfuro di ammonio (NH4SH) o acqua . La radiazione ultravioletta del sole provoca la fotolisi del metano nell'atmosfera superiore, portando a una serie di reazioni chimiche di idrocarburi con i prodotti risultanti trasportati verso il basso da vortici e diffusione.
L'atmosfera di Saturno mostra uno schema a bande simile a quello di Giove, ma le bande di Saturno sono molto più deboli e più larghe vicino all'equatore. Come per gli strati nuvolosi di Giove, sono divisi negli strati superiore e inferiore, che variano nella composizione in base alla profondità e alla pressione. Negli strati superiori delle nuvole, con temperature comprese tra 100 e 160 K e pressioni tra 0,5 e 2 bar, le nuvole sono costituite da ghiaccio ammoniacale.
Le nuvole di ghiaccio d'acqua iniziano a un livello in cui la pressione è di circa 2,5 bar e si estendono fino a 9,5 bar, dove le temperature variano da 185 a 270 K. In questo strato si mescola una fascia di ghiaccio di idrosolfuro di ammonio, che si trova nell'intervallo di pressione 3-6 bar con temperature di 290-235 K. Infine, gli strati inferiori, dove le pressioni sono comprese tra 10-20 bar e le temperature sono 270-330 K, contengono una regione di goccioline d'acqua con ammoniaca in soluzione acquosa.
A volte, l'atmosfera di Saturno mostra ovali di lunga durata, simili a quelli che si osservano comunemente su Giove. Mentre Giove ha la Grande Macchia Rossa, Saturno ha periodicamente quella che è conosciuta come la Grande Macchia Bianca (alias Great White Oval). Questo fenomeno unico ma di breve durata si verifica una volta ogni anno saturniano, all'incirca ogni 30 anni terrestri, intorno al periodo del solstizio d'estate dell'emisfero settentrionale.
Questi punti possono essere larghi diverse migliaia di chilometri e sono stati osservati nel 1876, 1903, 1933, 1960 e 1990. Dal 2010, una vasta fascia di nuvole bianche chiamata Disturbo elettrostatico settentrionale sono stati osservati avvolgere Saturno, che è stato individuato dalla sonda spaziale Cassini. Se la natura periodica di queste tempeste viene mantenuta, un'altra si verificherà intorno al 2020.
I venti su Saturno sono i secondi più veloci tra i pianeti del Sistema Solare, dopo quello di Nettuno. I dati di Voyager indicano venti di picco da est di 500 m/s (1800 km/h). Anche i poli nord e sud di Saturno hanno mostrato prove di tempo tempestoso. Al polo nord, questo assume la forma di un modello d'onda esagonale, mentre il sud mostra prove di una massiccia corrente a getto.
Il motivo d'onda esagonale persistente intorno al polo nord è stato notato per la prima volta nelViaggiareimmagini. I lati dell'esagono sono lunghi ciascuno circa 13.800 km (8.600 mi) (che è più lungo del diametro della Terra) e la struttura ruota con un periodo di 10h 39m 24s, che si assume essere uguale al periodo di rotazione di L'interno di Saturno.
Il vortice del polo sud, nel frattempo, è stato osservato per la prima volta utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble . Queste immagini indicavano la presenza di una corrente a getto, ma non un'onda stazionaria esagonale. Si stima che queste tempeste generino venti di 550 km/h, sono di dimensioni paragonabili alla Terra e si ritiene che siano in corso da miliardi di anni. Nel 2006 la sonda spaziale Cassini osservato una tempesta simile a un uragano che aveva un occhio ben definito. Tali tempeste non erano state osservate su nessun pianeta diverso dalla Terra, nemmeno su Giove.
Atmosfera di Urano:
Come con la Terra, l'atmosfera di Urano è suddivisa in strati, a seconda della temperatura e della pressione. Come gli altri giganti gassosi, il pianeta non ha una superficie solida e gli scienziati definiscono la superficie come la regione in cui la pressione atmosferica supera un bar (la pressione che si trova sulla Terra a livello del mare). Tutto ciò che è accessibile alla capacità di telerilevamento, che si estende fino a circa 300 km al di sotto del livello di 1 bar, è considerato atmosfera.
Schema dell'interno di Urano. Credito: dominio pubblico
Utilizzando questi punti di riferimento, l'atmosfera di Urano può essere suddivisa in tre strati. La prima è la troposfera, tra un'altitudine di -300 km sotto la superficie e 50 km sopra di essa, dove le pressioni vanno da 100 a 0,1 bar (da 10 MPa a 10 kPa). Il secondo strato è la stratosfera, che raggiunge tra 50 e 4000 km e subisce pressioni tra 0,1 e 10-10bar (da 10 kPa a 10 µPa).
La troposfera è lo strato più denso dell'atmosfera di Urano. Qui, la temperatura varia da 320 K (46,85 °C/116 °F) alla base (-300 km) a 53 K (-220 °C/-364 °F) a 50 km, con la regione superiore che è il più freddo del sistema solare . La regione della tropopausa è responsabile della stragrande maggioranza delle emissioni termiche infrarosse di Urano, determinando così la sua temperatura effettiva di 59,1 ± 0,3 K.
All'interno della troposfera ci sono strati di nuvole: nuvole d'acqua alle pressioni più basse, con nuvole di idrosolfuro di ammonio sopra di esse. Seguono le nubi di ammoniaca e idrogeno solforato. Infine, sottili nubi di metano giacevano in cima.
Nella stratosfera, le temperature vanno da 53 K (-220 °C/-364 °F) al livello superiore a 800 e 850 K (527 – 577 °C/980 – 1070 °F) alla base della termosfera, grazie soprattutto al riscaldamento provocato dall'irraggiamento solare. La stratosfera contiene smog di etano, che può contribuire all'aspetto opaco del pianeta. Sono presenti anche acetilene e metano e queste nebbie aiutano a riscaldare la stratosfera.
Urano, ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Credito immagine: NASA/Hubble
Lo strato più esterno, la termosfera e la corona, si estendono da 4.000 km fino a 50.000 km dalla superficie. Questa regione ha una temperatura uniforme di 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), anche se gli scienziati non sono sicuri del motivo. Poiché la distanza di Urano dal Sole è così grande, la quantità di luce solare assorbita non può essere la causa primaria.
Come Giove e Saturno, il tempo di Urano segue uno schema simile in cui i sistemi sono suddivisi in bande che ruotano attorno al pianeta, guidate dal calore interno che sale nell'atmosfera superiore. Di conseguenza, i venti su Urano possono raggiungere i 900 km/h (560 mph), creando tempeste enormi come quella avvistata dal telescopio spaziale Hubble nel 2012. Simile alla Grande Macchia Rossa di Giove, questo ' Punto nero ” era un gigantesco vortice di nuvole che misurava 1.700 chilometri per 3.000 chilometri (1.100 miglia per 1.900 miglia).
L'atmosfera di Nettuno:
Ad alta quota, l'atmosfera di Nettuno è composta per l'80% da idrogeno e per il 19% da elio, con una traccia di metano. Come con Urano, questo assorbimento della luce rossa da parte del metano atmosferico è parte di ciò che conferisce a Nettuno la sua tonalità blu, sebbene quella di Nettuno sia più scura e più vivida. Poiché il contenuto di metano atmosferico di Nettuno è simile a quello di Urano, si pensa che alcuni costituenti sconosciuti contribuiscano alla colorazione più intensa di Nettuno.
L'atmosfera di Nettuno è suddivisa in due regioni principali: la bassa troposfera (dove la temperatura diminuisce con l'altitudine) e la stratosfera (dove la temperatura aumenta con l'altitudine). Il confine tra i due, la tropopausa, si trova a una pressione di 0,1 bar (10 kPa). La stratosfera poi lascia il posto alla termosfera ad una pressione inferiore a 10-5a 10-4microbar (da 1 a 10 Pa), che passa gradualmente all'esosfera.
Gli spettri di Nettuno suggeriscono che la sua stratosfera inferiore sia nebbiosa a causa della condensazione dei prodotti causati dall'interazione della radiazione ultravioletta e del metano (cioè fotolisi), che produce composti come etano ed etino. La stratosfera ospita anche tracce di monossido di carbonio e acido cianidrico, responsabili del fatto che la stratosfera di Nettuno è più calda di quella di Urano.
Un'immagine modificata a colori/contrasto che enfatizza le caratteristiche atmosferiche di Nettuno, inclusa la velocità del vento. Credito Erich Karkoschka)
Per ragioni che rimangono oscure, la termosfera del pianeta sperimenta temperature insolitamente elevate di circa 750 K (476,85 °C/890 °F). Il pianeta è troppo lontano dal Sole perché questo calore possa essere generato dalla radiazione ultravioletta, il che significa che è coinvolto un altro meccanismo di riscaldamento, che potrebbe essere l'interazione dell'atmosfera con gli ioni nel campo magnetico del pianeta o le onde di gravità dall'interno del pianeta che si dissipano in l'atmosfera.
Poiché Nettuno non è un corpo solido, la sua atmosfera subisce una rotazione differenziale. L'ampia zona equatoriale ruota con un periodo di circa 18 ore, che è più lento della rotazione di 16,1 ore del campo magnetico del pianeta. Al contrario, è vero il contrario per le regioni polari in cui il periodo di rotazione è di 12 ore.
Questa rotazione differenziale è la più pronunciata di tutti i pianeti del Sistema Solare e provoca un forte wind shear latitudinale e violente tempeste. I tre più impressionanti furono tutti individuati nel 1989 dalla sonda spaziale Voyager 2, e poi nominati in base alle loro apparizioni.
La prima ad essere avvistata fu una massiccia tempesta anticiclonica che misurava 13.000 x 6.600 km e assomigliava al Grande Macchia Rossa di Giove. Conosciuto come il Grande macchia scura , questa tempesta non è stata avvistata cinque dopo (2 novembre 1994) quando il telescopio spaziale Hubble l'ha cercata. Invece, una nuova tempesta dall'aspetto molto simile è stata trovata nell'emisfero settentrionale del pianeta, suggerendo che queste tempeste hanno una durata di vita più breve di quella di Giove.
Ricostruzione delle immagini del Voyager 2 che mostrano la Grande Macchia Nera (in alto a sinistra), Scooter (al centro) e la Piccola Macchia Nera (in basso a destra). Credito: NASA/JPL
Il Scooter è un'altra tempesta, un gruppo di nuvole bianche situato più a sud della Grande Macchia Oscura - un soprannome che è sorto per la prima volta durante i mesi precedenti alin viaggio 2incontro nel 1989. Il Piccola macchia scura , una tempesta ciclonica meridionale, è stata la seconda tempesta più intensa osservata durante l'incontro del 1989. Inizialmente era completamente buio; ma comein viaggio 2si avvicinò al pianeta, si sviluppò un nucleo luminoso che poteva essere visto nella maggior parte delle immagini a più alta risoluzione.
In sintesi, i pianeti del nostro Sistema Solare hanno tutti una sorta di atmosfera. E rispetto all'atmosfera relativamente mite e densa della Terra, vanno da molto molto sottili a molto molto dense. Hanno anche temperature che vanno dall'estremamente caldo (come su Venere) all'estremo gelo.
E quando si tratta di sistemi meteorologici, le cose possono ugualmente essere estreme, con il pianeta che si vanta del tempo, o intense tempeste cicloniche e di polvere che fanno vergognare le tempeste qui sulla Terra. E mentre alcuni sono del tutto ostili alla vita come la conosciamo, con altri potremmo essere in grado di lavorare.
Abbiamo molti articoli interessanti sull'atmosfera planetaria qui su Universe Today. Per esempio, lui è Che cos'è l'atmosfera? , e articoli sull'atmosfera di Mercurio , Venere , marzo , Giove , Saturno , Urano e Nettuno ,
Per ulteriori informazioni sulle atmosfere, controlla le pagine della NASA su Strati atmosferici della Terra , Il ciclo del carbonio , e come L'atmosfera terrestre è diversa dallo spazio .
Astronomy Cast ha un episodio in corso la fonte dell'atmosfera .