Aqui na Terra, tendemos a tomar nossa atmosfera como garantida, e não sem razão. Nossa atmosfera possui uma adorável mistura de nitrogênio e oxigênio (78% e 21%, respectivamente) com pequenas quantidades de vapor de água, dióxido de carbono e outras moléculas gasosas. Além disso, desfrutamos de uma pressão atmosférica de 101,325 kPa, que se estende a uma altitude de cerca de 8,5 km.
Em resumo, nossa atmosfera é abundante e mantém a vida. Mas e os outros planetas do Sistema Solar? Como eles se comparam em termos de composição atmosférica e pressão? Sabemos que eles não são respiráveis pelos seres humanos e não podem suportar a vida. Mas qual é a diferença entre essas bolas de pedra e gás e as nossas?
Para iniciantes, deve-se notar que todo planeta no Sistema Solar possui uma atmosfera de um tipo ou de outro. E isso varia de incrivelmente fino e tênue (como a "exosfera" de Mercúrio) ao incrivelmente denso e poderoso - o que é o caso de todos os gigantes do gás. E, dependendo da composição do planeta, seja um gigante terrestre ou de gás / gelo, os gases que compõem sua atmosfera variam do hidrogênio e do hélio a elementos mais complexos, como oxigênio, dióxido de carbono, amônia e metano.
Atmosfera de Mercúrio:
O mercúrio é muito quente e muito pequeno para reter uma atmosfera. No entanto, possui uma exosfera tênue e variável composta de hidrogênio, hélio, oxigênio, sódio, cálcio, potássio e vapor de água, com um nível de pressão combinado de cerca de 10-14 bar (um quadrilionésimo da pressão atmosférica da Terra). Acredita-se que essa exosfera tenha sido formada a partir de partículas capturadas do Sol, gases vulcânicos e detritos lançados em órbita por impactos de micrometeoritos.
Por não ter uma atmosfera viável, Mercúrio não tem como reter o calor do sol. Como resultado disso e de sua alta excentricidade, o planeta experimenta variações consideráveis de temperatura. Enquanto o lado voltado para o Sol pode atingir temperaturas de até 700 K (427 ° C), enquanto o lado na sombra cai para 100 K (-173 ° C).
Atmosfera de Vênus:
As observações de superfície de Vênus foram difíceis no passado, devido à sua atmosfera extremamente densa, composta principalmente de dióxido de carbono com uma pequena quantidade de nitrogênio. A 92 bar (9,2 MPa), a massa atmosférica é 93 vezes a da atmosfera da Terra e a pressão na superfície do planeta é cerca de 92 vezes a da superfície da Terra.
Vênus também é o planeta mais quente do nosso Sistema Solar, com uma temperatura média da superfície de 735 K (462 ° C / 863,6 ° F). Isso se deve à atmosfera rica em CO² que, juntamente com nuvens espessas de dióxido de enxofre, gera o efeito estufa mais forte do Sistema Solar. Acima da densa camada de CO², nuvens espessas, constituídas principalmente por gotículas de dióxido de enxofre e ácido sulfúrico, espalham cerca de 90% da luz solar de volta ao espaço.
Outro fenômeno comum são os ventos fortes de Vênus, que atingem velocidades de até 85 m / s (300 km / h; 186,4 mph) nos topos das nuvens e circulam o planeta a cada quatro a cinco dias da Terra. A essa velocidade, esses ventos se movem até 60 vezes a velocidade de rotação do planeta, enquanto os ventos mais rápidos da Terra representam apenas 10 a 20% da velocidade de rotação do planeta.
Os voadores de Vênus também indicaram que suas nuvens densas são capazes de produzir raios, como as nuvens da Terra. Sua aparência intermitente indica um padrão associado à atividade climática, e a taxa de raios é pelo menos metade da da Terra.
Atmosfera da Terra:
A atmosfera da Terra, composta de nitrogênio, oxigênio, vapor de água, dióxido de carbono e outros gases traços, também consiste em cinco camadas. Estes consistem na troposfera, na estratosfera, na mesosfera, na termosfera e na exosfera. Como regra, a pressão e a densidade do ar diminuem quanto mais alto entra na atmosfera e mais distante está da superfície.
Mais próxima da Terra é a troposfera, que se estende do zero até 12 km a 17 km (0 a 7 e 10,56 milhas) acima da superfície. Essa camada contém aproximadamente 80% da massa da atmosfera da Terra, e quase todo vapor de água ou umidade atmosférica também é encontrado aqui. Como resultado, é a camada em que ocorre a maior parte do tempo da Terra.
A estratosfera se estende da troposfera a uma altitude de 50 km (31 milhas). Essa camada se estende do topo da troposfera até a estratopausa, que fica a uma altitude de cerca de 50 a 55 km (31 a 34 milhas). Essa camada da atmosfera abriga a camada de ozônio, que é a parte da atmosfera da Terra que contém concentrações relativamente altas de gás ozônio.
A seguir, está a Mesosfera, que se estende de uma distância de 50 a 80 km (31 a 50 milhas) acima do nível do mar. É o lugar mais frio da Terra e tem uma temperatura média em torno de -85 ° C (-120 ° F; 190 K). A termosfera, a segunda camada mais alta da atmosfera, se estende de uma altitude de cerca de 80 km (50 milhas) até a termopausa, que fica a uma altitude de 500 a 1000 km (310 a 620 milhas).
A parte mais baixa da termosfera, de 80 a 550 quilômetros (50 a 342 milhas), contém a ionosfera - assim chamada porque é aqui na atmosfera que as partículas são ionizadas pela radiação solar. Esta camada é completamente sem nuvens e livre de vapor de água. É também nessa altitude que os fenômenos conhecidos como Aurora Boreal e Aurara Australis são conhecidos.
A Exosfera, que é a camada mais externa da atmosfera da Terra, se estende da exobase - localizada no topo da termosfera, a uma altitude de cerca de 700 km acima do nível do mar - até cerca de 10.000 km (6.200 milhas). A exosfera se funde com o vazio do espaço sideral e é composta principalmente por densidades extremamente baixas de hidrogênio, hélio e várias moléculas mais pesadas, incluindo nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono
A exosfera está localizada muito acima da Terra para que qualquer fenômeno meteorológico seja possível. No entanto, a Aurora Boreal e a Aurora Australis ocorrem às vezes na parte inferior da exosfera, onde se sobrepõem à termosfera.
A temperatura média da superfície da Terra é de aproximadamente 14 ° C; mas como já observado, isso varia. Por exemplo, a temperatura mais quente já registrada na Terra foi de 70,7 ° C (159 ° F), registrada no deserto de Lut no Irã. Enquanto isso, a temperatura mais baixa já registrada na Terra foi medida na Estação Vostok soviética no Planalto Antártico, atingindo uma baixa histórica de -89,2 ° C (-129 ° F).
Atmosfera de Marte:
O planeta Marte possui uma atmosfera muito fina, composta por 96% de dióxido de carbono, 1,93% de argônio e 1,89% de nitrogênio, juntamente com traços de oxigênio e água. A atmosfera é bastante poeirenta, contendo partículas que medem 1,5 micrômetros de diâmetro, o que dá ao céu marciano uma cor marrom quando vista da superfície. A pressão atmosférica de Marte varia de 0,4 - 0,87 kPa, o que equivale a cerca de 1% da Terra no nível do mar.
Devido à sua atmosfera fina e à sua maior distância do Sol, a temperatura da superfície de Marte é muito mais fria do que a que experimentamos aqui na Terra. A temperatura média do planeta é de -46 ° C (51 ° F), com baixa de -143 ° C (-225,4 ° F) durante o inverno nos pólos e alta de 35 ° C (95 ° F) durante o verão e meio-dia no equador.
O planeta também experimenta tempestades de poeira, que podem se transformar no que se assemelha a pequenos tornados. Tempestades de poeira maiores ocorrem quando o pó é soprado na atmosfera e aquece do sol. O ar mais quente e cheio de poeira sobe e os ventos ficam mais fortes, criando tempestades que podem medir até milhares de quilômetros de largura e durar meses. Quando ficam grandes, podem realmente bloquear a maior parte da superfície.
Quantidades vestigiais de metano também foram detectadas na atmosfera marciana, com uma concentração estimada em cerca de 30 partes por bilhão (ppb). Ocorre em plumas estendidas e os perfis sugerem que o metano foi liberado de regiões específicas - a primeira delas localizada entre Isidis e a Utopia Planitia (30 ° N 260 ° W) e a segunda na Arábia Terra (0 ° N 310 ° W).
A amônia também foi tentativamente detectada em Marte pelo Mars Express satélite, mas com uma vida útil relativamente curta. Não está claro o que o produziu, mas a atividade vulcânica tem sido sugerida como uma possível fonte.
Atmosfera de Júpiter:
Muito parecido com a Terra, Júpiter experimenta auroras perto de seus pólos norte e sul. Mas em Júpiter, a atividade auroral é muito mais intensa e raramente para. A radiação intensa, o campo magnético de Júpiter e a abundância de material dos vulcões de Io que reagem com a ionosfera de Júpiter criam um show de luzes que é verdadeiramente espetacular.
Júpiter também experimenta padrões climáticos violentos. Velocidades de vento de 100 m / s (360 km / h) são comuns em jatos zonais e podem atingir até 620 km / h (385 mph). As tempestades se formam em poucas horas e podem se transformar em milhares de quilômetros de diâmetro durante a noite. Uma tempestade, a Grande Mancha Vermelha, está ocorrendo desde pelo menos o final dos anos 1600. A tempestade foi diminuindo e se expandindo ao longo de sua história; mas em 2012, foi sugerido que a mancha vermelha gigante acabaria por desaparecer.
Júpiter é perpetuamente coberto de nuvens compostas de cristais de amônia e possivelmente hidrossulfeto de amônio. Essas nuvens estão localizadas na tropopausa e estão dispostas em faixas de diferentes latitudes, conhecidas como “regiões tropicais”. A camada de nuvens tem apenas 50 km (31 milhas) de profundidade e consiste em pelo menos dois decks de nuvens: um convés inferior espesso e uma região mais clara e fina.
Também pode haver uma fina camada de nuvens de água subjacente à camada de amônia, como evidenciado por relâmpagos detectados na atmosfera de Júpiter, que seriam causados pela polaridade da água, criando a separação de carga necessária para o raio. Observações dessas descargas elétricas indicam que elas podem ser até mil vezes mais poderosas do que as observadas aqui na Terra.
Atmosfera de Saturno:
A atmosfera externa de Saturno contém 96,3% de hidrogênio molecular e 3,25% de hélio por volume. Sabe-se também que o gigante gasoso contém elementos mais pesados, embora as proporções destes em relação ao hidrogênio e ao hélio não sejam conhecidas. Supõe-se que eles corresponderiam à abundância primordial da formação do Sistema Solar.
Quantidades vestigiais de amônia, acetileno, etano, propano, fosfina e metano também foram detectadas na atmosfera de Saturno. As nuvens superiores são compostas por cristais de amônia, enquanto as nuvens de nível inferior parecem consistir em hidrossulfeto de amônio (NH4SH) ou água. A radiação ultravioleta do Sol causa fotólise de metano na atmosfera superior, levando a uma série de reações químicas de hidrocarbonetos, com os produtos resultantes sendo carregados para baixo por redemoinhos e difusão.
A atmosfera de Saturno exibe um padrão de faixas semelhante ao de Júpiter, mas as faixas de Saturno são muito mais fracas e mais largas perto do equador. Como nas camadas de nuvens de Júpiter, elas são divididas nas camadas superior e inferior, que variam em composição com base na profundidade e pressão. Nas camadas superiores das nuvens, com temperaturas na faixa de 100 a 160 K e pressões entre 0,5 e 2 bar, as nuvens consistem em gelo de amônia.
As nuvens de gelo na água começam em um nível em que a pressão é de cerca de 2,5 bar e se estendem até 9,5 bar, onde as temperaturas variam de 185 a 270 K. Misturada nessa camada, há uma faixa de gelo de hidrossulfeto de amônio, situada na faixa de pressão 3 a 6. barra com temperaturas de 290 a 235 K. Por fim, as camadas inferiores, onde as pressões estão entre 10 e 20 bar e as temperaturas são de 270 a 330 K, contêm uma região de gotículas de água com amônia em uma solução aquosa.
Na ocasião, a atmosfera de Saturno exibe ovais de vida longa, semelhantes ao que é comumente observado em Júpiter. Enquanto Júpiter tem a Grande Mancha Vermelha, Saturno periodicamente tem o que é conhecido como a Grande Mancha Branca (também conhecida como Grande Oval Branco). Esse fenômeno único, porém de curta duração, ocorre uma vez a cada ano saturniano, aproximadamente a cada 30 anos terrestres, na época do solstício de verão do hemisfério norte.
Esses pontos podem ter vários milhares de quilômetros de largura e foram observados em 1876, 1903, 1933, 1960 e 1990. Desde 2010, uma grande faixa de nuvens brancas chamada Distúrbio Eletrostático do Norte foi observada envolvendo Saturno, que foi visto por a sonda espacial Cassini. Se a natureza periódica dessas tempestades for mantida, outra ocorrerá em 2020.
Os ventos em Saturno são os segundos mais rápidos entre os planetas do Sistema Solar, depois dos de Netuno. Os dados da Voyager indicam ventos de leste de 500 m / s (1800 km / h). Os pólos norte e sul de Saturno também mostraram evidências de tempestades. No pólo norte, isso assume a forma de um padrão de onda hexagonal, enquanto o sul mostra evidências de uma corrente de jato maciça.
O padrão de onda hexagonal persistente em torno do Pólo Norte foi observado pela primeira vez no Viajante imagens. Os lados do hexágono têm, cada um, cerca de 13.800 km (8.600 milhas) de comprimento (que é maior que o diâmetro da Terra) e a estrutura gira com um período de 10h 39m 24s, que é assumido como sendo igual ao período de rotação da Terra. Interior de Saturno.
Enquanto isso, o vórtice do polo sul foi observado pela primeira vez usando o Telescópio Espacial Hubble. Essas imagens indicaram a presença de uma corrente de jato, mas não uma onda estacionária hexagonal. Estima-se que essas tempestades estejam gerando ventos de 550 km / h, são comparáveis em tamanho à Terra e acredita-se que estejam ocorrendo há bilhões de anos. Em 2006, a sonda espacial Cassini observou uma tempestade semelhante a um furacão que tinha um olho claramente definido. Tais tempestades não foram observadas em nenhum outro planeta que não a Terra - mesmo em Júpiter.
Atmosfera de Urano:
Como na Terra, a atmosfera de Urano é dividida em camadas, dependendo da temperatura e pressão. Como os outros gigantes gasosos, o planeta não possui uma superfície firme, e os cientistas definem a superfície como a região onde a pressão atmosférica excede uma barra (a pressão encontrada na Terra ao nível do mar). Qualquer coisa acessível à capacidade de sensoriamento remoto - que se estende até aproximadamente 300 km abaixo do nível de 1 barra - também é considerada a atmosfera.
Usando esses pontos de referência, a atmosfera de Urano pode ser dividida em três camadas. A primeira é a troposfera, entre altitudes de -300 km abaixo da superfície e 50 km acima dela, onde as pressões variam de 100 a 0,1 bar (10 MPa a 10 kPa). A segunda camada é a estratosfera, que atinge entre 50 e 4000 km e experimenta pressões entre 0,1 e 10-10 bar (10 kPa a 10 µPa).
A troposfera é a camada mais densa da atmosfera de Urano. Aqui, a temperatura varia de 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) na base (-300 km) a 53 K (-220 ° C / -364 ° F) a 50 km, sendo a região superior a mais fria no sistema solar. A região da tropopausa é responsável pela grande maioria das emissões térmicas por infravermelho de Urano, determinando sua temperatura efetiva de 59,1 ± 0,3 K.
Dentro da troposfera existem camadas de nuvens - nuvens de água nas pressões mais baixas, com nuvens de hidrossulfeto de amônio acima delas. Nuvens de amônia e sulfeto de hidrogênio vêm a seguir. Finalmente, nuvens finas de metano caíam no topo.
Na estratosfera, as temperaturas variam de 53 K (-220 ° C / -364 ° F) no nível superior a entre 800 e 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) na base da termosfera, graças em grande parte ao aquecimento causado pela radiação solar. A estratosfera contém poluição atmosférica de etano, o que pode contribuir para a aparência monótona do planeta. Acetileno e metano também estão presentes, e essas neblinas ajudam a aquecer a estratosfera.
A camada mais externa, a termosfera e a coroa, se estendem de 4.000 km até 50.000 km da superfície. Essa região tem uma temperatura uniforme de 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), embora os cientistas não tenham certeza do motivo. Como a distância entre Urano e o Sol é tão grande, a quantidade de luz solar absorvida não pode ser a causa principal.
Como Júpiter e Saturno, o clima de Urano segue um padrão semelhante, no qual os sistemas são divididos em faixas que giram em torno do planeta, que são impulsionadas pelo calor interno subindo para a atmosfera superior. Como resultado, os ventos em Urano podem chegar a 900 km / h (560 mph), criando tempestades enormes como a observada pelo Telescópio Espacial Hubble em 2012. Semelhante à Grande Mancha Vermelha de Júpiter, esta “Mancha Negra” era um gigante vórtice de nuvem que mede 1.700 quilômetros por 3.000 quilômetros (1.100 milhas por 1.900 milhas).
Atmosfera de Netuno:
Em grandes altitudes, a atmosfera de Netuno é de 80% de hidrogênio e 19% de hélio, com uma pequena quantidade de metano. Assim como Urano, essa absorção da luz vermelha pelo metano atmosférico faz parte do que dá a Netuno sua tonalidade azul, embora a de Netuno seja mais escura e mais vívida. Como o conteúdo de metano atmosférico de Netuno é semelhante ao de Urano, acredita-se que algum constituinte desconhecido contribua para a coloração mais intensa de Netuno.
A atmosfera de Netuno é subdividida em duas regiões principais: a troposfera inferior (onde a temperatura diminui com a altitude) e a estratosfera (onde a temperatura aumenta com a altitude). O limite entre os dois, a tropopausa, está a uma pressão de 0,1 bar (10 kPa). A estratosfera então dá lugar à termosfera a uma pressão menor que 10-5 a 10-4 microbares (1 a 10 Pa), que transitam gradualmente para a exosfera.
Os espectros de Netuno sugerem que sua estratosfera inferior é nebulosa devido à condensação de produtos causada pela interação da radiação ultravioleta e metano (ou seja, fotólise), que produz compostos como etano e etino. A estratosfera também abriga quantidades de monóxido de carbono e cianeto de hidrogênio, responsáveis pela estratosfera de Netuno ser mais quente que a de Urano.
Por razões que permanecem obscuras, a termosfera do planeta experimenta temperaturas anormalmente altas de cerca de 750 K (476,85 ° C / 890 ° F). O planeta está muito longe do Sol para que esse calor seja gerado por radiação ultravioleta, o que significa que outro mecanismo de aquecimento está envolvido - que poderia ser a interação da atmosfera com íons no campo magnético do planeta ou ondas de gravidade do interior do planeta que se dissipam em a atmosfera.
Como Netuno não é um corpo sólido, sua atmosfera passa por rotação diferencial. A ampla zona equatorial gira com um período de cerca de 18 horas, que é mais lento que a rotação de 16,1 horas do campo magnético do planeta. Por outro lado, o inverso é verdadeiro para as regiões polares onde o período de rotação é de 12 horas.
Essa rotação diferencial é a mais pronunciada de qualquer planeta do Sistema Solar e resulta em forte cisalhamento do vento latitudinal e tempestades violentas. Os três mais impressionantes foram vistos em 1989 pela sonda espacial Voyager 2 e depois nomeados com base em suas aparências.
O primeiro a ser descoberto foi uma enorme tempestade anticiclônica medindo 13.000 x 6.600 km e semelhante à Grande Mancha Vermelha de Júpiter. Conhecida como a Grande Mancha Negra, essa tempestade não foi vista cinco depois (2 de novembro de 1994) quando o Telescópio Espacial Hubble a procurou. Em vez disso, uma nova tempestade com aparência muito semelhante foi encontrada no hemisfério norte do planeta, sugerindo que essas tempestades têm uma vida útil mais curta que a de Júpiter.
A Scooter é outra tempestade, um grupo de nuvens brancas localizado mais ao sul do que o Great Dark Spot - um apelido que surgiu pela primeira vez durante os meses que antecederam o Voyager 2 em 1989. A Pequena Mancha Escura, uma tempestade ciclônica no sul, foi a segunda tempestade mais intensa observada durante o encontro de 1989. Estava inicialmente completamente escuro; mas como Voyager 2 se aproximou do planeta, um núcleo brilhante se desenvolveu e pôde ser visto na maioria das imagens de alta resolução.
Em resumo, todos os planetas do nosso Sistema Solar têm atmosferas de tipos. E comparados à atmosfera relativamente amena e espessa da Terra, eles variam entre muito, muito fino a muito, muito denso. Eles também variam em temperaturas desde o extremamente quente (como em Vênus) até o frio extremo.
E quando se trata de sistemas climáticos, as coisas podem ser igualmente extremas, com o planeta se vangloriando do clima, ou intensas tempestades ciclônicas e de poeira que envergonham as tempestades aqui na Terra. E enquanto alguns são totalmente hostis à vida como a conhecemos, outros com os quais podemos trabalhar.
Temos muitos artigos interessantes sobre a atmosfera planetária aqui na Space Magazine. Por exemplo, ele é O que é a atmosfera? E artigos sobre a atmosfera de Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno,
Para obter mais informações sobre atmosferas, consulte as páginas da NASA nas Camadas Atmosféricas da Terra, O Ciclo do Carbono e como a atmosfera da Terra difere do espaço.
Astronomy Cast tem um episódio sobre a fonte da atmosfera.
