Aquí en la Tierra, tendemos a dar nuestra atmósfera por sentado, y no sin razón. Nuestra atmósfera tiene una mezcla encantadora de nitrógeno y oxígeno (78% y 21% respectivamente) con trazas de vapor de agua, dióxido de carbono y otras moléculas gaseosas. Además, disfrutamos de una presión atmosférica de 101.325 kPa, que se extiende a una altitud de aproximadamente 8,5 km.
En resumen, nuestra atmósfera es abundante y vital. ¿Pero qué hay de los otros planetas del Sistema Solar? ¿Cómo se comparan en términos de composición atmosférica y presión? Sabemos con certeza que no son respirables por los humanos y que no pueden soportar la vida. Pero, ¿cuál es la diferencia entre estas bolas de roca y gas y las nuestras?
Para empezar, debe tenerse en cuenta que cada planeta en el Sistema Solar tiene una atmósfera de un tipo u otro. Y estos van desde increíblemente delgados y tenues (como la "exosfera" de Mercurio) hasta los increíblemente densos y poderosos, que es el caso de todos los gigantes gaseosos. Y dependiendo de la composición del planeta, ya sea un gigante terrestre o de gas / hielo, los gases que componen su atmósfera van desde el hidrógeno y el helio hasta elementos más complejos como oxígeno, dióxido de carbono, amoníaco y metano.
Atmósfera de mercurio:
El mercurio es demasiado caliente y demasiado pequeño para retener una atmósfera. Sin embargo, tiene una exosfera tenue y variable que está compuesta de hidrógeno, helio, oxígeno, sodio, calcio, potasio y vapor de agua, con un nivel de presión combinado de aproximadamente 10-14 bar (una cuadrillonésima parte de la presión atmosférica de la Tierra). Se cree que esta exosfera se formó a partir de partículas capturadas del Sol, la desgasificación volcánica y los escombros lanzados a la órbita por los impactos de micrometeoritos.
Debido a que carece de una atmósfera viable, Mercurio no tiene forma de retener el calor del sol. Como resultado de esto y su alta excentricidad, el planeta experimenta variaciones considerables en la temperatura. Mientras que el lado que mira al Sol puede alcanzar temperaturas de hasta 700 K (427 ° C), mientras que el lado en la sombra baja a 100 K (-173 ° C).
Atmósfera de Venus:
Las observaciones de la superficie de Venus han sido difíciles en el pasado, debido a su atmósfera extremadamente densa, que está compuesta principalmente de dióxido de carbono con una pequeña cantidad de nitrógeno. A 92 bar (9,2 MPa), la masa atmosférica es 93 veces la de la atmósfera de la Tierra y la presión en la superficie del planeta es aproximadamente 92 veces mayor que en la superficie de la Tierra.
Venus también es el planeta más caluroso de nuestro Sistema Solar, con una temperatura superficial media de 735 K (462 ° C / 863.6 ° F). Esto se debe a la atmósfera rica en CO² que, junto con las gruesas nubes de dióxido de azufre, genera el efecto invernadero más fuerte en el Sistema Solar. Por encima de la densa capa de CO², nubes espesas que consisten principalmente en dióxido de azufre y gotas de ácido sulfúrico dispersan aproximadamente el 90% de la luz solar hacia el espacio.
Otro fenómeno común son los fuertes vientos de Venus, que alcanzan velocidades de hasta 85 m / s (300 km / h; 186.4 mph) en las cimas de las nubes y rodean el planeta cada cuatro o cinco días terrestres. A esta velocidad, estos vientos se mueven hasta 60 veces la velocidad de rotación del planeta, mientras que los vientos más rápidos de la Tierra son solo el 10-20% de la velocidad de rotación del planeta.
Los sobrevuelos de Venus también han indicado que sus densas nubes son capaces de producir rayos, al igual que las nubes en la Tierra. Su apariencia intermitente indica un patrón asociado con la actividad climática, y la tasa de rayos es al menos la mitad de la de la Tierra.
Atmósfera terrestre:
La atmósfera de la Tierra, que está compuesta de nitrógeno, oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono y otros gases traza, también consta de cinco capas. Estos consisten en la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera. Como regla, la presión del aire y la densidad disminuyen cuanto más alto va a la atmósfera y más lejos está de la superficie.
Más cerca de la Tierra está la Troposfera, que se extiende desde 0 hasta entre 12 km y 17 km (0 a 7 y 10.56 millas) sobre la superficie. Esta capa contiene aproximadamente el 80% de la masa de la atmósfera de la Tierra, y aquí también se encuentra casi todo el vapor de agua o humedad atmosférica. Como resultado, es la capa donde tiene lugar la mayor parte del clima de la Tierra.
La estratosfera se extiende desde la troposfera hasta una altitud de 50 km (31 millas). Esta capa se extiende desde la parte superior de la troposfera hasta la estratopausa, que se encuentra a una altitud de aproximadamente 50 a 55 km (31 a 34 millas). Esta capa de la atmósfera es el hogar de la capa de ozono, que es la parte de la atmósfera de la Tierra que contiene concentraciones relativamente altas de gas ozono.
Luego está la Mesosfera, que se extiende desde una distancia de 50 a 80 km (31 a 50 millas) sobre el nivel del mar. Es el lugar más frío de la Tierra y tiene una temperatura promedio de alrededor de -85 ° C (-120 ° F; 190 K). La termosfera, la segunda capa más alta de la atmósfera, se extiende desde una altitud de aproximadamente 80 km (50 millas) hasta la termopausa, que se encuentra a una altitud de 500–1000 km (310–620 millas).
La parte inferior de la termosfera, de 80 a 550 kilómetros (50 a 342 millas), contiene la ionosfera, que se llama así porque es aquí en la atmósfera donde las partículas son ionizadas por la radiación solar. Esta capa está completamente despejada y libre de vapor de agua. También es a esta altitud que se producen los fenómenos conocidos como Aurora Borealis y Aurara Australis.
La exosfera, que es la capa más externa de la atmósfera de la Tierra, se extiende desde la exobase, ubicada en la parte superior de la termosfera a una altitud de unos 700 km sobre el nivel del mar, hasta unos 10.000 km (6.200 millas). La exosfera se fusiona con el vacío del espacio exterior y está compuesta principalmente por densidades extremadamente bajas de hidrógeno, helio y varias moléculas más pesadas, como nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono.
La exosfera se encuentra demasiado lejos de la Tierra para que cualquier fenómeno meteorológico sea posible. Sin embargo, la aurora boreal y la aurora austral a veces ocurren en la parte inferior de la exosfera, donde se superponen en la termosfera.
La temperatura superficial promedio en la Tierra es de aproximadamente 14 ° C; pero como ya se señaló, esto varía. Por ejemplo, la temperatura más alta jamás registrada en la Tierra fue de 70,7 ° C (159 ° F), que se tomó en el desierto de Lut de Irán. Mientras tanto, la temperatura más fría jamás registrada en la Tierra se midió en la estación Vostok soviética en la meseta antártica, alcanzando un mínimo histórico de -89.2 ° C (-129 ° F).
Atmósfera de Marte:
El planeta Marte tiene una atmósfera muy delgada que está compuesta de 96% de dióxido de carbono, 1.93% de argón y 1.89% de nitrógeno junto con trazas de oxígeno y agua. La atmósfera es bastante polvorienta y contiene partículas que miden 1,5 micrómetros de diámetro, que es lo que le da al cielo marciano un color rojizo cuando se ve desde la superficie. La presión atmosférica de Marte oscila entre 0,4 y 0,87 kPa, lo que equivale a aproximadamente el 1% de la Tierra al nivel del mar.
Debido a su atmósfera delgada y a su mayor distancia del Sol, la temperatura de la superficie de Marte es mucho más fría que la que experimentamos aquí en la Tierra. La temperatura promedio del planeta es -46 ° C (51 ° F), con un mínimo de -143 ° C (-225.4 ° F) durante el invierno en los polos, y un máximo de 35 ° C (95 ° F) durante el verano y mediodía en el ecuador.
El planeta también experimenta tormentas de polvo, que pueden convertirse en lo que se asemeja a pequeños tornados. Las tormentas de polvo más grandes ocurren cuando el polvo sopla a la atmósfera y se calienta del sol. El aire más cálido lleno de polvo se eleva y los vientos se hacen más fuertes, creando tormentas que pueden medir hasta miles de kilómetros de ancho y durar meses a la vez. Cuando se hacen tan grandes, pueden bloquear la vista de la mayor parte de la superficie.
También se han detectado pequeñas cantidades de metano en la atmósfera marciana, con una concentración estimada de aproximadamente 30 partes por mil millones (ppb). Ocurre en penachos extendidos, y los perfiles implican que el metano se liberó de regiones específicas, la primera de las cuales se encuentra entre Isidis y Utopía Planitia (30 ° N 260 ° W) y la segunda en Arabia Terra (0 ° N 310 ° W)
El amoníaco también fue detectado tentativamente en Marte por el Mars Express satélite, pero con una vida útil relativamente corta. No está claro qué lo produjo, pero se ha sugerido la actividad volcánica como una posible fuente.
Atmósfera de Júpiter:
Al igual que la Tierra, Júpiter experimenta auroras cerca de sus polos norte y sur. Pero en Júpiter, la actividad auroral es mucho más intensa y rara vez se detiene. La intensa radiación, el campo magnético de Júpiter y la abundancia de material de los volcanes de Io que reaccionan con la ionosfera de Júpiter crean un espectáculo de luces que es realmente espectacular.
Júpiter también experimenta patrones climáticos violentos. Las velocidades del viento de 100 m / s (360 km / h) son comunes en los chorros zonales, y pueden alcanzar hasta 620 kph (385 mph). Las tormentas se forman en cuestión de horas y pueden convertirse en miles de km de diámetro durante la noche. Una tormenta, la Gran Mancha Roja, se ha desatado desde al menos los últimos años del siglo XVII. La tormenta se ha ido reduciendo y expandiendo a lo largo de su historia; pero en 2012, se sugirió que la Mancha Roja Gigante podría eventualmente desaparecer.
Júpiter está perpetuamente cubierto de nubes compuestas de cristales de amoníaco y posiblemente hidrosulfuro de amonio. Estas nubes están ubicadas en la tropopausa y están dispuestas en bandas de diferentes latitudes, conocidas como "regiones tropicales". La capa de nubes tiene solo unos 50 km (31 millas) de profundidad y consta de al menos dos cubiertas de nubes: una cubierta inferior gruesa y una región más clara y delgada.
También puede haber una capa delgada de nubes de agua debajo de la capa de amoníaco, como lo demuestran los relámpagos detectados en la atmósfera de Júpiter, que serían causados por la polaridad del agua creando la separación de carga necesaria para los rayos. Las observaciones de estas descargas eléctricas indican que pueden ser hasta mil veces más potentes que las observadas aquí en la Tierra.
La atmósfera de Saturno:
La atmósfera exterior de Saturno contiene 96.3% de hidrógeno molecular y 3.25% de helio en volumen. También se sabe que el gigante gaseoso contiene elementos más pesados, aunque no se conocen las proporciones de estos en relación con el hidrógeno y el helio. Se supone que coincidirían con la abundancia primordial de la formación del Sistema Solar.
También se han detectado trazas de amoníaco, acetileno, etano, propano, fosfina y metano en la atmósfera de Saturno. Las nubes superiores están compuestas de cristales de amoníaco, mientras que las nubes de nivel inferior parecen consistir en hidrosulfuro de amonio (NH4SH) o agua. La radiación ultravioleta del Sol causa fotólisis de metano en la atmósfera superior, lo que lleva a una serie de reacciones químicas de hidrocarburos con los productos resultantes que se transportan hacia abajo por remolinos y difusión.
La atmósfera de Saturno exhibe un patrón de bandas similar al de Júpiter, pero las bandas de Saturno son mucho más débiles y anchas cerca del ecuador. Al igual que con las capas de nubes de Júpiter, se dividen en las capas superior e inferior, que varían en composición según la profundidad y la presión. En las capas de nubes superiores, con temperaturas en el rango de 100–160 K y presiones entre 0.5–2 bar, las nubes consisten en hielo de amoníaco.
Las nubes de hielo de agua comienzan en un nivel donde la presión es de aproximadamente 2.5 bar y se extienden hasta 9.5 bar, donde las temperaturas oscilan entre 185-270 K. Entremezclada en esta capa hay una banda de hielo de hidrosulfuro de amonio, que se encuentra en el rango de presión 3-6 bar con temperaturas de 290–235 K. Finalmente, las capas inferiores, donde las presiones están entre 10–20 bar y las temperaturas son 270–330 K, contiene una región de gotitas de agua con amoníaco en una solución acuosa.
En ocasiones, la atmósfera de Saturno exhibe óvalos de larga vida, similar a lo que se observa comúnmente en Júpiter. Mientras que Júpiter tiene la Gran Mancha Roja, Saturno periódicamente tiene lo que se conoce como la Gran Mancha Blanca (también conocido como Gran Óvalo Blanco). Este fenómeno único pero de corta duración ocurre una vez cada año de Saturno, aproximadamente cada 30 años terrestres, alrededor del tiempo del solsticio de verano del hemisferio norte.
Estos puntos pueden tener varios miles de kilómetros de ancho, y se han observado en 1876, 1903, 1933, 1960 y 1990. Desde 2010, se ha observado una gran banda de nubes blancas llamadas perturbación electrostática del norte que rodea a Saturno, que fue visto por la sonda espacial Cassini. Si se mantiene la naturaleza periódica de estas tormentas, ocurrirá otra en aproximadamente 2020.
Los vientos en Saturno son los segundos más rápidos entre los planetas del Sistema Solar, después de Neptuno. Los datos del Voyager indican vientos máximos del este de 500 m / s (1800 km / h). Los polos norte y sur de Saturno también han mostrado evidencia de tormenta. En el polo norte, esto toma la forma de un patrón de onda hexagonal, mientras que el sur muestra evidencia de una corriente en chorro masiva.
El patrón de onda hexagonal persistente alrededor del polo norte se observó por primera vez en el Viajero imágenes Los lados del hexágono tienen cada uno aproximadamente 13,800 km (8,600 millas) de largo (que es más largo que el diámetro de la Tierra) y la estructura gira con un período de 10h 39m 24s, que se supone que es igual al período de rotación de El interior de Saturno.
Mientras tanto, el vórtice del polo sur se observó por primera vez utilizando el telescopio espacial Hubble. Estas imágenes indican la presencia de una corriente en chorro, pero no una onda estacionaria hexagonal. Se estima que estas tormentas generan vientos de 550 km / h, son comparables en tamaño a la Tierra y se cree que han estado ocurriendo durante miles de millones de años. En 2006, la sonda espacial Cassini observó una tormenta similar a un huracán que tenía un ojo claramente definido. Tales tormentas no se habían observado en ningún planeta que no sea la Tierra, incluso en Júpiter.
Atmósfera de Urano:
Al igual que con la Tierra, la atmósfera de Urano se divide en capas, dependiendo de la temperatura y la presión. Al igual que los otros gigantes gaseosos, el planeta no tiene una superficie firme, y los científicos definen la superficie como la región donde la presión atmosférica excede una barra (la presión que se encuentra en la Tierra al nivel del mar). Cualquier cosa accesible a la capacidad de detección remota, que se extiende hasta aproximadamente 300 km por debajo del nivel de 1 barra, también se considera la atmósfera.
Usando estos puntos de referencia, la atmósfera de Urano se puede dividir en tres capas. La primera es la troposfera, entre altitudes de -300 km por debajo de la superficie y 50 km por encima, donde las presiones oscilan entre 100 y 0,1 bar (10 MPa a 10 kPa). La segunda capa es la estratosfera, que alcanza entre 50 y 4000 km y experimenta presiones entre 0.1 y 10-10 bar (10 kPa a 10 µPa).
La troposfera es la capa más densa en la atmósfera de Urano. Aquí, la temperatura varía de 320 K (46.85 ° C / 116 ° F) en la base (-300 km) a 53 K (-220 ° C / -364 ° F) a 50 km, siendo la región superior la más fría. en el sistema solar La región de la tropopausa es responsable de la gran mayoría de las emisiones infrarrojas térmicas de Urano, lo que determina su temperatura efectiva de 59.1 ± 0.3 K.
Dentro de la troposfera hay capas de nubes: nubes de agua a las presiones más bajas, con nubes de hidrosulfuro de amonio por encima de ellas. Las nubes de amoníaco y sulfuro de hidrógeno son las siguientes. Finalmente, finas nubes de metano yacían en la cima.
En la estratosfera, las temperaturas oscilan entre 53 K (-220 ° C / -364 ° F) en el nivel superior a entre 800 y 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) en la base de la termosfera, gracias en gran parte al calentamiento causado por la radiación solar. La estratosfera contiene smog de etano, que puede contribuir a la apariencia opaca del planeta. El acetileno y el metano también están presentes, y estos peligros ayudan a calentar la estratosfera.
La capa más externa, la termosfera y la corona, se extiende desde 4,000 km hasta 50,000 km desde la superficie. Esta región tiene una temperatura uniforme de 800-850 (577 ° C / 1,070 ° F), aunque los científicos no están seguros de la razón. Debido a que la distancia a Urano del Sol es tan grande, la cantidad de luz solar absorbida no puede ser la causa principal.
Al igual que Júpiter y Saturno, el clima de Urano sigue un patrón similar en el que los sistemas se dividen en bandas que giran alrededor del planeta, que son impulsadas por el calor interno que sube a la atmósfera superior. Como resultado, los vientos en Urano pueden alcanzar hasta 900 km / h (560 mph), creando tormentas masivas como la que vio el telescopio espacial Hubble en 2012. Similar a la Gran Mancha Roja de Júpiter, esta "Mancha Oscura" era un gigante vórtice de nubes que medía 1.700 kilómetros por 3.000 kilómetros (1.100 millas por 1.900 millas).
Atmósfera de Neptuno:
A grandes altitudes, la atmósfera de Neptuno es 80% de hidrógeno y 19% de helio, con una pequeña cantidad de metano. Al igual que con Urano, esta absorción de luz roja por el metano atmosférico es parte de lo que le da a Neptuno su tono azul, aunque el de Neptuno es más oscuro y vívido. Debido a que el contenido atmosférico de metano de Neptuno es similar al de Urano, se cree que algún componente desconocido contribuye a la coloración más intensa de Neptuno.
La atmósfera de Neptuno se subdivide en dos regiones principales: la troposfera inferior (donde la temperatura disminuye con la altitud) y la estratosfera (donde la temperatura aumenta con la altitud). El límite entre los dos, la tropopausa, se encuentra a una presión de 0.1 bares (10 kPa). La estratosfera luego da paso a la termosfera a una presión inferior a 10-5 a 10-4 microbarras (1 a 10 Pa), que pasa gradualmente a la exosfera.
Los espectros de Neptuno sugieren que su estratosfera inferior es nebulosa debido a la condensación de productos causada por la interacción de la radiación ultravioleta y el metano (es decir, la fotólisis), que produce compuestos como el etano y el etino. La estratosfera también alberga pequeñas cantidades de monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno, que son responsables de que la estratosfera de Neptuno sea más cálida que la de Urano.
Por razones que permanecen oscuras, la termosfera del planeta experimenta temperaturas inusualmente altas de aproximadamente 750 K (476.85 ° C / 890 ° F). El planeta está demasiado lejos del Sol para que este calor sea generado por la radiación ultravioleta, lo que significa que está involucrado otro mecanismo de calentamiento, que podría ser la interacción de la atmósfera con los iones en el campo magnético del planeta o las ondas de gravedad del interior del planeta que se disipan en la atmósfera.
Debido a que Neptuno no es un cuerpo sólido, su atmósfera experimenta una rotación diferencial. La amplia zona ecuatorial gira con un período de aproximadamente 18 horas, que es más lento que la rotación de 16.1 horas del campo magnético del planeta. Por el contrario, lo contrario es cierto para las regiones polares donde el período de rotación es de 12 horas.
Esta rotación diferencial es la más pronunciada de cualquier planeta en el Sistema Solar, y da como resultado una fuerte cizalladura del viento latitudinal y tormentas violentas. Los tres más impresionantes fueron vistos en 1989 por la sonda espacial Voyager 2, y luego nombrados en función de sus apariencias.
El primero en ser visto fue una tormenta anticiclónica masiva que mide 13,000 x 6,600 km y se asemeja a la Gran Mancha Roja de Júpiter. Conocida como la Gran Mancha Oscura, esta tormenta no se detectó cinco más tarde (2 de noviembre de 1994) cuando el telescopio espacial Hubble la buscó. En cambio, se encontró una nueva tormenta de apariencia muy similar en el hemisferio norte del planeta, lo que sugiere que estas tormentas tienen una vida útil más corta que la de Júpiter.
El Scooter es otra tormenta, un grupo de nubes blancas ubicado más al sur que la Gran Mancha Oscura, un apodo que surgió por primera vez durante los meses previos a la Voyager 2 encuentro en 1989. La Pequeña Mancha Oscura, una tormenta ciclónica del sur, fue la segunda tormenta más intensa observada durante el encuentro de 1989. Inicialmente estaba completamente oscuro; pero como Voyager 2 se acercó al planeta, se desarrolló un núcleo brillante y se pudo ver en la mayoría de las imágenes de alta resolución.
En resumen, los planetas de nuestro Sistema Solar tienen atmósferas de todo tipo. Y en comparación con la atmósfera relativamente cálida y espesa de la Tierra, abarcan desde una gama muy delgada hasta muy muy densa. También varían en temperaturas desde extremadamente caliente (como en Venus) hasta el frío extremo.
Y cuando se trata de sistemas climáticos, las cosas pueden ser igualmente extremas, ya que el planeta se jacta del clima o de las intensas tormentas ciclónicas y de polvo que avergüenzan a las tormentas aquí en la Tierra. Y mientras que algunos son completamente hostiles a la vida tal como la conocemos, otros con los que podemos trabajar.
Tenemos muchos artículos interesantes sobre la atmósfera planetaria aquí en Space Magazine. Por ejemplo, él es ¿Qué es la atmósfera ?, y artículos sobre la atmósfera de Mercurio, Venus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno,
Para obtener más información sobre las atmósferas, consulte las páginas de la NASA sobre las capas atmosféricas de la Tierra, el ciclo del carbono, y cómo la atmósfera de la Tierra difiere del espacio.
Astronomy Cast tiene un episodio sobre la fuente de la atmósfera.
