W artykule omówiono, która planeta nie ma atmosfery, dlaczego atmosfera jest potrzebna, jak powstaje, dlaczego niektórzy są jej pozbawieni i jak można ją sztucznie stworzyć.

Początek

Bez atmosfery życie na naszej planecie nie byłoby możliwe. I nie chodzi tylko o to, że tlen, którym oddychamy, zawiera tylko nieco ponad 20%, ale także o to, że wytwarza ciśnienie niezbędne dla żywych istot i chroni przed promieniowaniem słonecznym.

Według naukowej definicji atmosfera to gazowa powłoka planety, która obraca się wraz z nią. Mówiąc najprościej, ciągle wisi nad nami ogromna kumulacja gazu, ale jej ciężaru nie odczujemy tak samo, jak grawitacji Ziemi, bo urodziliśmy się w takich warunkach i jesteśmy do tego przyzwyczajeni. Ale nie wszystkie ciała niebieskie mają to szczęście, że je posiadają. Nie będziemy więc brać pod uwagę, która planeta, ponieważ nadal jest to satelita.

Rtęć

Atmosfera planet tego typu składa się głównie z wodoru, a procesy w niej zachodzące są bardzo gwałtowne. Weźmy pod uwagę sam wir atmosferyczny, który obserwuje się od ponad trzystu lat – tę samą czerwoną plamę w dolnej części planety.

Saturn

Podobnie jak wszystkie gazowe olbrzymy, Saturn składa się głównie z wodoru. Wiatry nie słabną, obserwuje się błyskawice, a nawet rzadkie zorze polarne.

Uran i Neptun

Obie planety są ukryte gruba warstwa chmury wodoru, metanu i helu. Nawiasem mówiąc, Neptun jest rekordzistą prędkości wiatru na powierzchni - aż 700 kilometrów na godzinę!

Pluton

Wspominając takie zjawisko jak planeta bez atmosfery, trudno nie wspomnieć o Plutonie. Jest oczywiście daleko od Merkurego: jego powłoka gazowa jest „tylko” 7 tysięcy razy mniej gęsta niż ziemska. Ale nadal jest to najbardziej odległa i jak dotąd mało zbadana planeta. Niewiele też o nim wiadomo – tyle, że zawiera metan.

Jak stworzyć atmosferę do życia

Naukowców od samego początku prześladowała myśl o kolonizacji innych planet, a jeszcze bardziej o terraformacji (tworzeniu warunków bez środków ochronnych). Wszystko to jest wciąż na poziomie hipotez, ale na przykład na Marsie całkiem możliwe jest stworzenie atmosfery. Proces ten jest złożony i wieloetapowy, ale jego główna idea jest następująca: spryskaj powierzchnię bakteriami, co wytworzy jeszcze więcej dwutlenku węgla, zwiększy się gęstość powłoki gazowej i wzrośnie temperatura. Następnie lodowce polarne zaczną się topić, a ze względu na zwiększone ciśnienie woda nie wyparuje bez śladu. A potem przyjdą deszcze i gleba stanie się odpowiednia dla roślin.

Ustaliliśmy więc, która planeta jest praktycznie pozbawiona atmosfery.

4,6 miliarda lat temu w naszej Galaktyce zaczęły tworzyć się kondensacje z obłoków materii gwiazdowej. W miarę jak gazy stawały się coraz gęstsze i skondensowane, nagrzewały się, emitując ciepło. Wraz ze wzrostem gęstości i temperatury reakcje jądrowe, zamieniając wodór w hel. Zatem było bardzo potężne źródło energia - Słońce.

Równolegle ze wzrostem temperatury i objętości Słońca, w wyniku połączenia fragmentów pyłu międzygwiazdowego w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu Gwiazdy, powstały planety i ich satelity. Tworzenie Układ Słoneczny zakończył się około 4 miliardów lat temu.

NA ten moment Układ Słoneczny składa się z ośmiu planet. Są to Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Nepton. Pluton - Planeta krasnoludków, największy znany obiekt z Pasa Kuipera (który jest dużym pasem fragmentów podobnym do pasa asteroid). Po odkryciu w 1930 roku uznano ją za dziewiątą planetę. Zmieniło się to w 2006 roku wraz z przyjęciem formalnej definicji planety.

Na planecie najbliżej Słońca, Merkurym, nigdy nie pada deszcz. Wynika to z faktu, że atmosfera planety jest tak rzadka, że ​​​​jest po prostu niemożliwa do wykrycia. A skąd weźmie się deszcz, jeśli w ciągu dnia temperatura na powierzchni planety osiągnie czasami 430 stopni Celsjusza? Tak, nie chciałbym tam być :)

Ale na Wenus stale występują kwaśne deszcze, ponieważ chmury nad tą planetą nie składają się z życiodajnej wody, ale ze śmiercionośnego kwasu siarkowego. To prawda, ponieważ temperatura na powierzchni trzeciej planety sięga 480 stopni Celsjusza, krople kwasu odparowują, zanim dotrą do planety. Niebo nad Wenus przecinają duże i straszne błyskawice, ale jest z nich więcej światła i ryku niż deszczu.

Według naukowców, na Marsie dawno temu naturalne warunki były takie same jak na Ziemi. Miliardy lat temu atmosfera nad planetą była znacznie gęstsza i możliwe, że rzeki te wypełniły się obfitymi opadami deszczu. Ale teraz nad planetą panuje bardzo cienka atmosfera, a zdjęcia przesłane przez satelity zwiadowcze wskazują, że powierzchnia planety przypomina pustynie południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych lub Suche Doliny na Antarktydzie. Kiedy zima nawiedzi części Marsa, nad czerwoną planetą pojawiają się cienkie chmury zawierające dwutlenek węgla, a martwe skały pokrywa szron. Wczesnym rankiem w dolinach mgły są tak gęste, że wydaje się, że zaraz zacznie padać deszcz, ale takie oczekiwania są daremne.

Nawiasem mówiąc, temperatura powietrza w ciągu dnia na Mrsie wynosi 20 stopni Celsjusza. Co prawda w nocy potrafi spaść do - 140 :(

Jowisz jest największą z planet i jest gigantyczną kulą gazu! Kula ta składa się prawie wyłącznie z helu i wodoru, ale możliwe jest, że głęboko we wnętrzu planety znajduje się niewielka ilość twardy rdzeń, spowita oceanem ciekłego wodoru. Jednakże Jowisz jest otoczony ze wszystkich stron kolorowymi pasmami chmur. Niektóre z tych chmur składają się nawet z wody, ale z reguły zdecydowana większość z nich składa się z zamarzniętych kryształków amoniaku. Od czasu do czasu nad planetą przelatują potężne huragany i burze, niosąc ze sobą opady śniegu i deszcz amoniaku. To tutaj trzyma się Magiczny Kwiat.

Podczas silnej burzy słonecznej Ziemia traci około 100 ton atmosfery.

Fakty o pogodzie kosmicznej

1. Rozbłyski słoneczne mogą czasami podgrzać powierzchnię Słońca do temperatury 80 milionów F, czyli wyższej niż jądro​​światło słoneczne!
2. Najszybszy koronalny wyrzut masy zarejestrowany został 4 sierpnia 1972 roku i podróżował ze Słońca na Ziemię w 14,6 godziny – z prędkością około 10 milionów kilometrów na godzinę, czyli 2778 km/s.
3. Największą plamę słoneczną zarejestrowano 8 kwietnia 1947 r Współczesna historia, Z największy rozmiar, przekraczający 330-krotność powierzchni Ziemi.
4. Najpotężniejszy rozbłysk słoneczny w ciągu ostatnich 500 lat miał miejsce 2 września 1859 roku i został odkryty przez dwóch astronomów, którzy mieli szczęście spojrzeć na Słońce we właściwym czasie!
5. W dniach 10-12 maja 1999 r. ciśnienie wiatr słoneczny praktycznie zniknęła, w wyniku czego magnetosfera Ziemi zwiększyła swoją objętość ponad 100 razy!
6. Typowe koronalne wyrzuty masy mogą mieć rozmiary milionów kilometrów, ale masa jest równa małej górze!
7. Niektóre plamy słoneczne są tak chłodne, że para wodna może tworzyć się w temperaturze 1550 C.
8. Najpotężniejsze zorze mogą generować ponad 1 bilion watów, co jest porównywalne ze średnim trzęsieniem ziemi.
9. 13 marca 1989 roku w Quebecu (Kanada) w wyniku potężnej burzy geomagnetycznej doszło do poważnej awarii prądu, która spowodowała 6-godzinną przerwę w dostawie prądu. Szkody dla kanadyjskiej gospodarki wyniosły 6 miliardów dolarów
10. Podczas intensywnych rozbłysków słonecznych astronauci mogą zobaczyć jasne, migające smugi światła powstałe w wyniku uderzenia cząstek o wysokiej energii w gałki oczne.
11. Bardzo wielki problem Podróż astronautów na Marsa przezwycięży skutki burz słonecznych i promieniowania.
12. Prognozowanie pogody kosmicznej kosztuje zaledwie 5 milionów dolarów rocznie, ale pozwala zaoszczędzić ponad 500 miliardów dolarów w rocznych dochodach z branży satelitarnej i elektrycznej.
13. Podczas ostatniego cyklu słonecznego technologia satelitarna o wartości 2 miliardów dolarów została uszkodzona lub zniszczona.
14. Powtórzenie wydarzenia z Carrington, takiego jak to z 1859 r., może kosztować 30 miliardów dolarów dziennie dla amerykańskiej sieci energetycznej i do 70 miliardów dolarów dla przemysłu satelitarnego.
15. 4 sierpnia 1972 roku rozbłysk na Słońcu był tak silny, że według niektórych szacunków astronauta podczas lotu otrzymałby śmiertelną dawkę promieniowania.
16. Podczas Minimum Maundera (1645-1715), któremu towarzyszyło nadejście Małego epoka lodowcowa , nie wykryto 11-letniego cyklu plam słonecznych.
17. W ciągu jednej sekundy słońce przekształca 4 miliony ton materii w czystą energię.
18. Jądro Słońca jest prawie tak gęste jak ołów i ma temperaturę 15 milionów stopni C.
19. Podczas silnej burzy słonecznej Ziemia traci około 100 ton atmosfery.
20. Zabawki magnetyczne wykonane z metali ziem rzadkich mogą mieć pole magnetyczne 5 razy silniejsze niż pole magnetyczne plam słonecznych.

Jeden z uderzające cechy Układ Słoneczny - różnorodność atmosfer planetarnych. Ziemia i Wenus mają podobny rozmiar i masę, ale powierzchnia Wenus ma temperaturę 460°C pod oceanem dwutlenku węgla, który naciska na powierzchnię niczym kilometrowa warstwa wody. Callisto i Tytan to duże satelity odpowiednio Jowisza i Saturna; są prawie tej samej wielkości, ale Tytan ma rozległą atmosferę azotową, znacznie większą niż ziemska, a Kallisto jest praktycznie pozbawiona atmosfery.

Skąd biorą się takie skrajności? Gdybyśmy o tym wiedzieli, moglibyśmy wyjaśnić, dlaczego Ziemia jest pełna życia, podczas gdy inne planety w jej pobliżu wydają się pozbawione życia. Rozumiejąc ewolucję atmosfer, moglibyśmy określić, które planety poza Układem Słonecznym mogą nadawać się do zamieszkania.

Planeta pozyskuje osłonę gazową na różne sposoby. Może wypluwać parę ze swoich głębin, może wychwytywać lotne substancje z komet i asteroid po zderzeniu z nimi, a jego grawitacja może przyciągać gazy z przestrzeni międzyplanetarnej. Ponadto planetolodzy dochodzą do wniosku, że utrata gazu odgrywa równie ważną rolę, jak jego pozyskanie. Nawet ziemska atmosfera, która wygląda na niewzruszoną, stopniowo wypływa w przestrzeń kosmiczną. Szybkość wycieku jest obecnie bardzo mała: około 3 kg wodoru i 50 g helu (dwa najlżejsze gazy) na sekundę; ale nawet taka strużka może stać się znacząca okres geologiczny, a poziom strat mógł kiedyś być znacznie wyższy. Jak napisał Benjamin Franklin: „Mały wyciek może utonąć duży statek„Obecne atmosfery planet grupa naziemna a satelity gigantycznych planet przypominają ruiny średniowiecznych zamków - są to pozostałości dawnego luksusu, który stał się ofiarą rabunków i zniszczenia. Atmosfery jeszcze mniejszych ciał są jak zrujnowane forty – bezbronne i łatwo podatne na ataki.

Uznając znaczenie wycieków atmosferycznych, zmieniamy nasze rozumienie przyszłości Układu Słonecznego. Przez dziesięciolecia naukowcy próbowali zrozumieć, dlaczego Mars ma tak cienką atmosferę, ale teraz jesteśmy zaskoczeni, że w ogóle ma ona jakąkolwiek atmosferę. Czy różnica pomiędzy Tytanem a Callisto wynika z faktu, że Callisto straciło atmosferę zanim na Tytanie pojawiło się powietrze? Czy atmosfera Tytana była kiedyś gęstsza niż obecnie? W jaki sposób Wenus zatrzymała azot i dwutlenek węgla, ale straciła całą wodę? Czy wyciek wodoru przyczynił się do powstania życia na Ziemi? Czy nasza planeta zamieni się kiedyś w drugą Wenus?

Kiedy robi się gorąco

Jeśli rakieta osiągnęła prędkość ucieczki, to porusza się tak szybko, że jest w stanie pokonać grawitację planety. To samo można powiedzieć o atomach i cząsteczkach, chociaż zwykle osiągają one prędkość ucieczki bez konieczności konkretny cel. Podczas odparowania termicznego gazy stają się tak gorące, że nie można ich zatrzymać. W procesach nietermicznych dochodzi do wyrzucania atomów i cząsteczek reakcje chemiczne lub oddziaływania naładowanych cząstek. Wreszcie, podczas zderzenia z asteroidami i kometami, całe kawałki atmosfery zostają oderwane.

Najbardziej powszechnym procesem z tych trzech jest odparowanie termiczne. Wszystkie ciała w Układzie Słonecznym nagrzewają się światło słoneczne. Pozbywają się tego ciepła na dwa sposoby: poprzez emisję promieniowanie podczerwone i parowanie materii. W obiektach długowiecznych, takich jak Ziemia, dominuje proces pierwszy, a np. w kometach dominuje proces drugi. Jeśli równowaga między ogrzewaniem a chłodzeniem zostanie zachwiana, nawet duże ciało wielkości Ziemi może się dość szybko nagrzać, a jednocześnie jego atmosfera, która zwykle zawiera niewielki ułamek masy planety, może dość szybko wyparować. Nasz Układ Słoneczny jest wypełniony ciałami pozbawionymi powietrza, najwyraźniej głównie w wyniku parowania termicznego. Ciało staje się pozbawione powietrza, jeśli ogrzewanie solarne przekracza pewien próg zależny od siły grawitacji ciała.
Odparowanie termiczne zachodzi na dwa sposoby. Pierwsza nazywa się parowaniem Jeansa na cześć angielskiego astrofizyka Jamesa Jeansa, który opisał to zjawisko na początku XX wieku. W tym przypadku powietrze z górnej warstwy atmosfery dosłownie odparowuje atom po atomie, cząsteczka po cząsteczce. W niższych warstwach wzajemne zderzenia utrzymują cząstki razem, ale powyżej poziomu zwanego egzobazą (na wysokości Ziemi 500 km nad powierzchnią) powietrze jest tak rozrzedzone, że cząstki gazu prawie nigdy się nie zderzają. Nad egzobazą nic nie jest w stanie zatrzymać atomu lub cząsteczki, która ma prędkość wystarczającą do lotu w przestrzeń kosmiczną.

Wodór, jako najlżejszy gaz, łatwiej niż inne pokonuje grawitację planety. Najpierw jednak musi dostać się do egzobazy, a na Ziemi jest to długi proces. Cząsteczki wodoru zwykle nie unoszą się ponad niższe warstwy atmosfery: para wodna (H2O) skrapla się i opada w postaci deszczu, a metan (CH4) utlenia się i zamienia w dwutlenek węgla (CO2). Niektóre cząsteczki wody i metanu docierają do stratosfery i rozkładają się, uwalniając wodór, który powoli dyfunduje w górę, aż dotrze do egzobazy. Część wodoru ucieka, o czym świadczą zdjęcia w ultrafiolecie przedstawiające halo atomów wodoru wokół naszej planety.

Temperatura na wysokości egzobazy Ziemi oscyluje wokół 1000 K, co odpowiada średniej prędkości atomów wodoru wynoszącej około 5 km/s. Ten mniej niż drugie prędkość ucieczki Ziemi na tej wysokości (10,8 km/s); ale prędkości atomów wokół średniej są szeroko rozłożone, więc niektóre atomy wodoru mają szansę pokonać grawitację planety. Wyciek cząstek z szybkiego „ogona” w rozkładzie ich prędkości wyjaśnia od 10 do 40% utraty wodoru przez Ziemię. Parowanie Jeansa częściowo wyjaśnia brak atmosfery na Księżycu: gazy wydobywające się spod powierzchni Księżyca łatwo wyparowują w przestrzeń kosmiczną.

Druga droga odparowania termicznego jest bardziej efektywna. Podczas gdy podczas parowania Jeansa gaz ucieka cząsteczka po cząsteczce, ogrzany gaz może uciec całkowicie. Górne warstwy atmosfery mogą pochłaniać promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca, nagrzewać się i rozszerzając się, wypychać powietrze do góry. W miarę unoszenia się powietrze przyspiesza, pokonuje prędkość dźwięku i osiąga prędkość ucieczki. Ta forma parowania termicznego nazywana jest wypływem hydrodynamicznym, czyli wiatrem planetarnym (przez analogię do wiatru słonecznego - strumienia naładowanych cząstek wyrzucanych przez Słońce w przestrzeń kosmiczną).

Podstawowe postanowienia

Wiele gazów tworzących atmosferę Ziemi i innych planet powoli wypływa w przestrzeń kosmiczną. Gorące gazy, szczególnie lekkie, parują, w wyniku reakcji chemicznych i zderzeń cząstek wyrzucane są atomy i cząsteczki, a komety i asteroidy czasami odrywają duże fragmenty atmosfery.
Wyciek wyjaśnia wiele tajemnic Układu Słonecznego. Na przykład Mars jest czerwony, ponieważ jego para wodna rozdzieliła się na wodór i tlen; wodór poleciał w kosmos, a tlen utlenił (pokrył rdzą) glebę. Podobny proces na Wenus doprowadził do pojawienia się gęstej atmosfery dwutlenku węgla. Co zaskakujące, potężna atmosfera Wenus powstała w wyniku wycieku gazu.

Ziemia traci atmosferę! Czy grozi nam głód tlenu?

Naukowcy byli zaskoczeni niedawnym odkryciem: okazało się, że nasza planeta traci atmosferę szybciej niż Wenus i Mars, ponieważ ma znacznie większe i silniejsze pole magnetyczne.

Może to oznaczać, że pole magnetyczne Ziemi nie jest zbyt dobre ekran ochronny, jak wcześniej zakładano. Naukowcy byli pewni, że stało się to dzięki działaniu pole magnetyczne Atmosfera ziemska jest dobrze chroniona przed szkodliwym działaniem Słońca. Okazało się jednak, że ziemska magnetosfera przyczynia się do rozrzedzania ziemskiej atmosfery z powodu przyspieszonej utraty tlenu.

Zdaniem Christophera Russella, profesora geofizyki i specjalisty fizyki kosmicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim, naukowcy są przyzwyczajeni do wiary, że ludzkość ma ogromne szczęście, że zamieszkuje na ziemi: niezwykłe pole magnetyczne Ziemi, jak mówią, doskonale nas chroni od „ataków” słonecznych - promieni kosmicznych, rozbłysków słonecznych Słońce i wiatr słoneczny. Teraz okazuje się, że ziemskie pole magnetyczne jest nie tylko obrońcą, ale także wrogiem.

Do tego wniosku doszła grupa specjalistów pod przewodnictwem Russella współpraca na Konferencji Planetologii Porównawczej.

Dziwactwa parującej planety: spojrzenie w atmosferę

Po raz pierwszy udało się zaobserwować procesy zachodzące w atmosferze planety daleko poza granicami Układu Słonecznego.

Najwyraźniej procesy te są spowodowane jasnym rozbłyskiem na gwieździe macierzystej planety – jednak przede wszystkim.

Exoplanet HD 189733b to gazowy olbrzym podobny do Jowisza, chociaż jest o około 14% większy i nieco cięższy. Planeta okrąża gwiazdę HD 189733 w odległości około 4,8 miliona km (63 lata świetlne od nas), czyli około 30 razy bliżej Słońca niż Ziemia. Pełny obrót wokół swojej gwiazdy macierzystej wykonuje w ciągu 2,2 ziemskich dni, temperatura na jej powierzchni sięga ponad 1000°C. Sama gwiazda jest typu słonecznego, ma około 80% wielkości i masy Słońca.

Od czasu do czasu między gwiazdą a nami przechodzi HD 189733b, co umożliwiło poprzez zmianę jasności gwiazdy nie tylko wykrycie obecności planety, ale także pokazanie obecności jej atmosfery, a w atmosferze - para wodna (czytaj: „Jest woda”). Odkryto również, że stale traci wodór, w rzeczywistości będąc planetą „parującą”. To „parowanie” okazało się dość skomplikowaną historią.

Wiosną 2010 roku zaobserwowałem jeden z tranzytów - przejście planety między jej gwiazdą a nami teleskop kosmiczny Hubble'a, który nie znalazł dowodów na istnienie atmosfery ani parowania. Natomiast jesienią 2011 roku, obserwując tranzyt tego samego HD 189733b, wręcz przeciwnie, dostarczył bardzo wymownych dowodów na jedno i drugie, rejestrując cały gazowy „ogon” opuszczający planetę: obliczona na tej podstawie szybkość „parowania” wyniosła nie mniej niż 1 tysiąc ton substancji na sekundę. Ponadto przepływ rozwijał się w milionach kilometrów na godzinę.

Aby to zrozumieć, do obudowy podłączono teleskop rentgenowski Swift. To ich wspólna praca umożliwiła po raz pierwszy zarejestrowanie interakcji między odległą gwiazdą a jej planetą. Swift zaobserwował ten sam tranzyt we wrześniu 2011 roku, a około osiem godzin przed rozpoczęciem prac Hubble wykrył potężny rozbłysk na powierzchni gwiazdy HD 189733. W zakresie rentgenowskim promieniowanie gwiazdy wzrosło 3,6 razy.

Wnioski naukowców są logiczne: znajdująca się bardzo blisko gwiazdy planeta gazowa otrzymała w wyniku rozbłysku solidny cios – w zakresie rentgenowskim była dziesiątki tysięcy razy silniejsza od wszystkiego, co Ziemia otrzymuje nawet podczas najpotężniejszych rozbłysków (klasy X) na Słońcu. A jeśli weźmie się pod uwagę ogromny rozmiar HD 189733b, okazuje się, że planeta została wystawiona na działanie milionów razy większej liczby promieni rentgenowskich, niż jest to możliwe w przypadku rozbłysku klasy X na Słońcu. To właśnie ta ekspozycja doprowadziła do jej szybkiej utraty substancji.

Podczas silnej burzy słonecznej Ziemia traci około 100 ton atmosfery.

Fakty o pogodzie kosmicznej

1. Rozbłyski słoneczne mogą czasami nagrzać powierzchnię Słońca do temperatury 80 milionów F, czyli wyższej niż jądro Słońca!


2. Najszybszy koronalny wyrzut masy zarejestrowany został 4 sierpnia 1972 roku i podróżował ze Słońca na Ziemię w 14,6 godziny – z prędkością około 10 milionów kilometrów na godzinę, czyli 2778 km/s.


3. 8 kwietnia 1947 roku zarejestrowano największą plamę słoneczną w najnowszej historii, której maksymalny rozmiar przekraczał 330-krotność powierzchni Ziemi.


4. Najpotężniejszy rozbłysk słoneczny w ciągu ostatnich 500 lat miał miejsce 2 września 1859 roku i został odkryty przez dwóch astronomów, którzy mieli szczęście spojrzeć na Słońce we właściwym czasie!


5. Pomiędzy 10 a 12 maja 1999 roku ciśnienie wiatru słonecznego praktycznie zniknęło, powodując, że ziemska magnetosfera rozszerzyła swoją objętość ponad 100 razy!


6. Typowe koronalne wyrzuty masy mogą mieć rozmiary milionów kilometrów, ale masa jest równa małej górze!


7. Niektóre plamy słoneczne są tak chłodne, że para wodna może tworzyć się w temperaturze 1550 C.


8. Najpotężniejsze zorze mogą generować ponad 1 bilion watów, co jest porównywalne ze średnim trzęsieniem ziemi.


9. 13 marca 1989 roku w Quebecu (Kanada) w wyniku potężnej burzy geomagnetycznej doszło do poważnej awarii prądu, która spowodowała 6-godzinną przerwę w dostawie prądu. Szkody dla kanadyjskiej gospodarki wyniosły 6 miliardów dolarów


10. Podczas intensywnych rozbłysków słonecznych astronauci mogą zobaczyć jasne, migające smugi światła powstałe w wyniku uderzenia cząstek o wysokiej energii w gałki oczne.


11. Największym wyzwaniem dla astronautów podróżujących na Marsa będzie radzenie sobie z burzami słonecznymi i promieniowaniem.


12. Prognozowanie pogody kosmicznej kosztuje zaledwie 5 milionów dolarów rocznie, ale pozwala zaoszczędzić ponad 500 miliardów dolarów w rocznych dochodach z branży satelitarnej i elektrycznej.


13. Podczas ostatniego cyklu słonecznego technologia satelitarna o wartości 2 miliardów dolarów została uszkodzona lub zniszczona.


14. Powtórzenie wydarzenia z Carrington, takiego jak to z 1859 r., może kosztować 30 miliardów dolarów dziennie dla amerykańskiej sieci energetycznej i do 70 miliardów dolarów dla przemysłu satelitarnego.


15. 4 sierpnia 1972 roku rozbłysk na Słońcu był tak silny, że według niektórych szacunków astronauta podczas lotu otrzymałby śmiertelną dawkę promieniowania.


16. Podczas Minimum Maundera (1645-1715), któremu towarzyszył początek małej epoki lodowcowej, nie wykryto 11-letniego cyklu plam słonecznych.


17. W ciągu jednej sekundy słońce przekształca 4 miliony ton materii w czystą energię.


18. Jądro Słońca jest prawie tak gęste jak ołów i ma temperaturę 15 milionów stopni C.


19. Podczas silnej burzy słonecznej Ziemia traci około 100 ton atmosfery.


20. Zabawki magnetyczne wykonane z metali ziem rzadkich mogą mieć pole magnetyczne 5 razy silniejsze niż pole magnetyczne plam słonecznych.

Jedną z uderzających cech Układu Słonecznego jest różnorodność atmosfer planetarnych. Ziemia i Wenus mają podobny rozmiar i masę, ale powierzchnia Wenus ma temperaturę 460°C pod oceanem dwutlenku węgla, który naciska na powierzchnię niczym kilometrowa warstwa wody.

Callisto i Tytan to duże satelity odpowiednio Jowisza i Saturna; są prawie tej samej wielkości, ale Tytan posiada rozległą atmosferę azotową , znacznie większa od Ziemi, a Kalisto jest praktycznie pozbawiona atmosfery.

Skąd biorą się takie skrajności? Gdybyśmy o tym wiedzieli, moglibyśmy wyjaśnić, dlaczego Ziemia jest pełna życia, podczas gdy inne planety w jej pobliżu wydają się pozbawione życia. Rozumiejąc ewolucję atmosfer, moglibyśmy określić, które planety poza Układem Słonecznym mogą nadawać się do zamieszkania.

Planeta pozyskuje osłonę gazową na różne sposoby. Może wypluwać parę ze swoich głębin, może wychwytywać lotne substancje z komet i asteroid po zderzeniu z nimi, a jego grawitacja może przyciągać gazy z przestrzeni międzyplanetarnej. Ponadto planetolodzy dochodzą do wniosku, że utrata gazu odgrywa równie ważną rolę, jak jego pozyskanie.

Nawet ziemska atmosfera, która wygląda na niewzruszoną, stopniowo wypływa w przestrzeń kosmiczną.

Szybkość wycieku jest obecnie bardzo mała: około 3 kg wodoru i 50 g helu (dwa najlżejsze gazy) na sekundę; ale nawet taka strużka może stać się znacząca w okresie geologicznym, a tempo strat mogło kiedyś być znacznie wyższe. Jak napisał Benjamin Franklin: „Mały wyciek może zatopić duży statek”.
Aktualne atmosfery planet ziemskich i satelitów planet-olbrzymów przypomina ruiny średniowiecznych zamków - to pozostałości dawnego luksusu, które padły ofiarą rabunku i zniszczenia .
Atmosfery jeszcze mniejszych ciał są jak zrujnowane forty – bezbronne i łatwo podatne na ataki.

Uznając znaczenie wycieków atmosferycznych, zmieniamy nasze rozumienie przyszłości Układu Słonecznego.
Przez dziesięciolecia naukowcy próbowali zrozumieć, dlaczego Mars jest tak cienki.
atmosferę, ale teraz jesteśmy zaskoczeni, że w ogóle ją zachował
jakiś klimat.
Czy różnica pomiędzy Tytanem a Callisto wynika z faktu, że Callisto straciło atmosferę zanim na Tytanie pojawiło się powietrze? Czy atmosfera Tytana była kiedyś gęstsza niż obecnie? W jaki sposób Wenus zatrzymała azot i dwutlenek węgla, ale straciła całą wodę?
Czy wyciek wodoru przyczynił się do powstania życia na Ziemi? Czy nasza planeta zamieni się kiedyś w drugą Wenus?

Kiedy robi się gorąco

Jeśli
Rakieta osiągnęła drugą prędkość ucieczki, po czym porusza się tak szybko, że jest w stanie pokonać grawitację planety. To samo można powiedzieć o atomach i cząsteczkach, chociaż zwykle osiągają one prędkość ucieczki, nie mając określonego celu.
Podczas odparowania termicznego gazy stają się tak gorące, że nie można ich zatrzymać.
W procesach nietermicznych atomy i cząsteczki są wyrzucane w wyniku reakcji chemicznych lub interakcji naładowanych cząstek. Wreszcie, podczas zderzenia z asteroidami i kometami, całe kawałki atmosfery zostają oderwane.

Najbardziej powszechnym procesem z tych trzech jest odparowanie termiczne. Wszystkie ciała w Układzie Słonecznym są ogrzewane przez światło słoneczne. Pozbywają się tego ciepła na dwa sposoby: emitując promieniowanie podczerwone oraz odparowując substancję. W obiektach długowiecznych, takich jak Ziemia, dominuje proces pierwszy, a np. w kometach dominuje proces drugi. Jeśli równowaga między ogrzewaniem a chłodzeniem zostanie zachwiana, nawet duże ciało wielkości Ziemi może się dość szybko nagrzać, a jednocześnie jego atmosfera, która zwykle zawiera niewielki ułamek masy planety, może dość szybko wyparować.
Nasz Układ Słoneczny jest wypełniony ciałami pozbawionymi powietrza, najwyraźniej głównie w wyniku parowania termicznego. Ciało staje się pozbawione powietrza, jeśli ogrzewanie słoneczne przekracza pewien próg, zależny od siły grawitacji ciała.
Odparowanie termiczne zachodzi na dwa sposoby.
Pierwsza nazywa się parowaniem Jeansa na cześć angielskiego astrofizyka Jamesa Jeansa, który opisał to zjawisko na początku XX wieku.
W tym przypadku powietrze z górnej warstwy atmosfery dosłownie odparowuje atom po atomie, cząsteczka po cząsteczce. W niższych warstwach wzajemne zderzenia utrzymują cząstki razem, ale powyżej poziomu zwanego egzobazą (na wysokości Ziemi 500 km nad powierzchnią) powietrze jest tak rozrzedzone, że cząstki gazu prawie nigdy się nie zderzają. Nad egzobazą nic nie jest w stanie zatrzymać atomu lub cząsteczki, która ma prędkość wystarczającą do lotu w przestrzeń kosmiczną.

Wodór, jako najlżejszy gaz, łatwiej niż inne pokonuje grawitację planety. Najpierw jednak musi dostać się do egzobazy, a na Ziemi jest to długi proces.
Cząsteczki wodoru zwykle nie unoszą się ponad niższe warstwy atmosfery: para wodna (H2O) skrapla się i opada w postaci deszczu, a metan (CH4) utlenia się i zamienia w dwutlenek węgla (CO2). Niektóre cząsteczki wody i metanu docierają do stratosfery i rozkładają się, uwalniając wodór, który powoli dyfunduje w górę, aż dotrze do egzobazy. Część wodoru ucieka, o czym świadczą zdjęcia w ultrafiolecie przedstawiające halo atomów wodoru wokół naszej planety.

Temperatura na wysokości egzobazy Ziemi oscyluje wokół 1000 K, co odpowiada Średnia prędkość atomy wodoru około 5 km/s.
To mniej niż drugie prędkość ucieczki dla Ziemi na tej wysokości (10,8 km/s); ale prędkości atomów wokół średniej są szeroko rozłożone, więc niektóre atomy wodoru mają szansę pokonać grawitację planety. Wyciek cząstek z szybkiego „ogona” w rozkładzie ich prędkości wyjaśnia od 10 do 40% utraty wodoru przez Ziemię. Parowanie Jeansa częściowo wyjaśnia brak atmosfery na Księżycu: gazy wydobywające się spod powierzchni Księżyca łatwo wyparowują w przestrzeń kosmiczną.

Druga droga odparowania termicznego jest bardziej efektywna. Podczas gdy podczas parowania Jeansa gaz ucieka cząsteczka po cząsteczce, ogrzany gaz może uciec całkowicie. Górne warstwy atmosfery mogą wchłonąć promieniowanie ultrafioletowe Słońce nagrzewa się i rozszerzając się, wypycha powietrze w górę.
W miarę unoszenia się powietrze przyspiesza, pokonuje prędkość dźwięku i osiąga prędkość ucieczki. Ta forma parowania termicznego nazywa się
wypływ hydrodynamiczny, czyli wiatr planetarny (analogicznie do wiatru słonecznego - strumień naładowanych cząstek wyrzucanych przez Słońce w przestrzeń kosmiczną).

Podstawowe postanowienia

Wiele
Gazy tworzące atmosferę Ziemi i innych planet powoli wypływają w przestrzeń kosmiczną. Gorące gazy, szczególnie lekkie, parują, chemicznie
reakcje i zderzenia cząstek prowadzą do wyrzucenia atomów i cząsteczek, oraz
komety i asteroidy czasami wyrywają duże fragmenty atmosfery.
Wyciek wyjaśnia wiele tajemnic Układu Słonecznego. Na przykład Mars jest czerwony, ponieważ jego para wodna rozdzieliła się na wodór i tlen; wodór poleciał w kosmos, a tlen utlenił (pokrył rdzą) glebę.
Podobny proces na Wenus doprowadził do pojawienia się gęstej atmosfery
dwutlenek węgla. Co zaskakujące, potężna atmosfera Wenus powstała w wyniku wycieku gazu.

Davida Catlinga i Kevina Zahnle
Magazyn „W Świecie Nauki”

Ziemia traci atmosferę! Czy grozi nam głód tlenu?

Naukowcy byli zaskoczeni niedawnym odkryciem: okazało się, że nasza planeta traci atmosferę szybciej niż Wenus i Mars, ponieważ ma znacznie większe i silniejsze pole magnetyczne.

Może to oznaczać, że ziemskie pole magnetyczne nie jest tak dobrą tarczą ochronną, jak wcześniej sądzono. Naukowcy byli pewni, że to dzięki działaniu ziemskiego pola magnetycznego atmosfera jest dobrze chroniona przed szkodliwym działaniem Słońca. Okazało się jednak, że ziemska magnetosfera przyczynia się do rozrzedzania ziemskiej atmosfery z powodu przyspieszonej utraty tlenu.

Zdaniem Christophera Russella, profesora geofizyki i specjalisty fizyki kosmicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim, naukowcy są przyzwyczajeni do wiary, że ludzkość ma ogromne szczęście, że zamieszkuje na ziemi: niezwykłe pole magnetyczne Ziemi, jak mówią, doskonale nas chroni od „ataków” słonecznych - promieni kosmicznych, rozbłysków słonecznych Słońce i wiatr słoneczny. Teraz okazuje się, że ziemskie pole magnetyczne jest nie tylko obrońcą, ale także wrogiem.

Do tego wniosku doszła grupa specjalistów pod przewodnictwem Russella podczas wspólnej pracy na Konferencji Planetologii Porównawczej.