Астрономам удалось найти причину загадочного явления в атмосфере разных планет
AstroNews.ru - 10 Декабря 2013 12:49:03
Ученые Университета Вашингтона выяснили, что атмосферная особенность, которую Земля имеет наряду с Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, скорее всего, типична для миллиардов планет.
Сначала, немного истории: известно, что, чем выше, тем более холодным и разреженным становится воздух. Однако в 1902 году ученый Леон Тейсеран де (Léon Teisserenc de Bort) обнаружил точку на высоте 15240 м, - там воздух перестает охлаждаться и начинается его нагревание.
Он назвал эту невидимую границу «тропопаузой», и изобрел термины "стратосфера" – для атмосферы, которая находится выше границы, и "тропосфера" - для нижнего слоя, в котором мы живем – эти термины используются по сей день.
Затем, в 1980-х годах, космический аппарат NASA обнаружил, что тропопаузы характерны для таких планет, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а так же для самой большой луны Сатурна – Титана. Интересно, что эта невидимая граница проходит на одном и том же уровне в атмосфере этих, таких разных, миров – там, где давление составляет около 0.1 бар, или одну десятую давления на поверхности Земли.
Теперь астрономы Тайлер Робинсон (Tyler Robinson) и Дэвид Кэтлинг (David Catling) в труде, опубликованном 8 декабря в журнале Nature Geoscience, объяснили это явление, используя основы физики, чтобы показать, как это происходит, и предположить, что тропопауза, возможно, характерна для миллиардов планет и их лун с плотной атмосферой.
"Объяснение лежит в физике инфракрасного излучения", - говорит Робинсон. Атмосферные газы собирают энергию, впитывая инфракрасный свет с освещенной солнцем поверхности скалистой планеты или из более глубоких частей атмосферы не имеющих поверхности планет, таких, как Юпитер.
Используя аналитическую модель, Кэтлинг и Робинсон показывают, что на большой высоте атмосферы становятся прозрачными для теплового излучения – из-за низкого давления. Над тем уровнем, где давление около 0.1 бар, поглощение видимого, или ультрафиолетового, света становится причиной того, что гигантские планеты – а вместе с ними Земля и Титан – становятся теплее по мере того, как возрастает высота.
Отсюда можно вывести правило – что на границе атмосферы и стратосферы давление равно приблизительно 0.1 бар,- которое будет справедливо для атмосфер планет, в которых газы стратосферы поглощают ультрафиолетовый или видимый свет.
Астрономы могут использовать это открытие для экстраполяции определенных значений температуры и давления на поверхность различных планет и выяснять, являются ли эти миры гипотетически пригодными для жизни, - то есть, допускают ли значения температуры и давления существование воды на планете с твердой поверхностью.
"Тогда у нас уже будет что-то, с чего можно начать характеристику этого мира. Мы знаем, что температуры возрастают, начиная с тропопаузы, и у нас есть модели, по которым, как мы считаем, они могут возрастать, - значит, мы можем, начав с этого, рассчитать температуру над поверхностью планеты", - говорит Робинсон.