Proč Merkur není nejžhavější planetou sluneční soustavy

ve velkém schématu sluneční soustavy je zdaleka největším zdrojem energie Slunce. Zatímco radioaktivita a gravitační kontrakce mohou dodávat značné množství energie do jader masivních planet, světlo a teplo emitované z naší mateřské hvězdy jsou v drtivé většině zodpovědné za povrchovou teplotu planety. K vynikající aproximaci, slunce udržuje nejen zemi, ale všechny planety na teplotě výrazně vyšší, než by byly bez ní: jen několik Kelvinů. (Bez vnějšího zdroje tepla by se většina planetárních teplot vyrovnala na -270 °C / -455 °F.) během dne planety absorbují energii ze Slunce,ale během dne i noci vyzařují energii zpět do vesmíru. To je důvod, proč se teploty během dne zahřívají a během noci se ochlazují, něco, co do značné míry platí pro každou planetu, která má denní i noční stranu. Očekáváme také roční období-chladné a teplé časy-založené jak na eliptické oběžné dráze planety, tak na jejím axiálním náklonu.

ale pokud by různé orbitální parametry planety byly jedinými věcmi, které určovaly teplotu, pak by nejbližší planeta ke Slunci byla nevyhnutelně nejteplejší a všechny by se postupně ochladily, jak jsme se pohybovali dál a dál. Možná by plynový obr, který byl dostatečně velký, aby vytvořil významnou část svého vlastního tepla, změnil toto pořadí (pokud by se Jupiter a Neptun vyměnili, mohlo by tomu tak být), ale obecně bychom očekávali pokles teploty planety v poměru k její vzdálenosti od Slunce. Toto očekávání můžeme zkontrolovat tím, že začneme na nejvnitřnější planetě a pracujeme směrem ven.

rtuť je horká. Pokud budeme kvantitativní, je to vlastně extrémně horké! Jako nejbližší planeta ke Slunci dokončuje oběžnou dráhu za pouhých 88 dnů Země a dosahuje maximální teploty během dne neuvěřitelných 700 Kelvinů (427 °C / 800 °F) na svých nejteplejších rovníkových místech. Merkur se otáčí velmi pomalu, takže jeho Noční strana tráví po sobě dlouhou dobu ve tmě, chráněná před sluncem; během těchto časů klesá na pouhých 100 Kelvinů (-173 °C / -280 °F). Tato nízká teplota je neuvěřitelně chladná, a mnohem chladnější než jakékoli známé přirozeně se vyskytující teploty zde na Zemi. To je příběh nejbližší planety ke Slunci: Merkur.

a co další: Venuše?

Venuše je v průměru asi dvakrát tak daleko od Slunce, než je Merkur, a obíhá kolem Slunce asi 225 dnů Země. Také se otáčí ještě pomaleji než Merkur, tráví více než 100 po sobě jdoucích pozemských dnů najednou koupaných ve slunečním světle a poté stejné množství času ve tmě. A přesto, když měříte teplotu Venuše, je tu překvapení: Venuše je stejná teplota po celou dobu, ve dne nebo v noci, v průměru 735 Kelvinů (462 °C / 863 °F), což je ještě teplejší než Merkur!

tento podivný výskyt udělal víc než jen puzzle astronomům, když ho poprvé objevili; to je ponížilo! Venuše nebyla dostatečně velká, aby si vytvořila vlastní teplo, a přesto byla o Venušské půlnoci teplejší než o rtuťovém poledni. Toto bylo pozorování, které volalo po vysvětlení, a tak jsme začali kontrastovat se dvěma nejvnitřnějšími planetami.

porovnání těchto dvou světů, existují čtyři velmi ostré rozdíly:

1. Merkur je mnohem menší než Venuše,
2. Merkur je asi dvakrát tak blízko Slunce jako Venuše,
3. Merkur je mnohem méně reflexní než Venuše a
4. Merkur nemá atmosféru, zatímco Venuše má velmi hustou atmosféru.

pokud jde o absorpci a vyzařování tepla, ukazuje se, že na velikosti moc nezáleží. Planety absorbují sluneční světlo na základě jejich plochy průřezu-úměrné jejich poloměru na druhou-a vyzařují ho ve stejném poměru. Pokud by Merkur měl dvojnásobnou velikost nebo Venuše polovinu své velikosti, ani jeden by neměl změnu teploty o žádné znatelné množství. Tento rozdíl je zcela irelevantní.

skutečnost, že Venuše je téměř dvakrát tak daleko od slunce, nicméně, hodně záleží. Jakýkoli objekt, který je dvakrát tak daleko od Slunce, přijímá pouze čtvrtinu množství sluneční energie na jednotku plochy, což znamená, že Merkur by měl přijímat asi čtyřikrát více energie na každé části svého povrchu než Venuše. Jak se světlo ze slunce šíří vesmírem, vzdálenější svět zachycuje stále méně své energie. To je velká výhoda Merkuru, který narazí na téměř čtyřnásobek toku na metr čtvereční ve srovnání s Venuší. A přesto je Venuše stále teplejší, což nám říká, že s jedním z dalších dvou bodů se musí dít něco důležitého.

jak reflexní nebo absorpční objekt se stane být známý jako jeho albedo, který pochází z latinského slova albus, což znamená bílá. Objekt s albedem (Bond Albedo, pro geofyziky) 0 je dokonalým absorbérem, zatímco objekt s albedem 1 je dokonalým reflektorem. Ve skutečnosti mají všechny fyzické objekty albedo mezi 0 a 1. Měsíc, například, vypadá, že má pro naše oči docela vysoké albedo, s bílým vzhledem během dne i noci.

nenechte se zmást bílým vzhledem měsíce! Průměrné albedo měsíce je pouze asi 0,12, což znamená, že pouze 12% světla, které na něj dopadne, se odrazí, zatímco ostatních 88% se absorbuje. Čím nižší je albedo objektu, tím lépe absorbuje světlo, což znamená, že čím vyšší je albedo, tím méně slunečního světla se skutečně absorbuje. Ukázalo se, že Merkur je podobný měsíci v 0, 119, zatímco albedo Venuše je zdaleka nejvyšší ze všech planetárních těles ve sluneční soustavě na 0, 90. Takže nejen, že Merkur přijímá čtyřikrát tolik energie na jednotku plochy, absorbuje téměř devětkrát tolik slunečního světla, které přijímá, jako Venuše!

pokud byste však viděli dva detailní snímky nedávných tranzitů Merkuru (minulý měsíc) a Venuše (v roce 2012), všimli byste si, že se zdá, že Slunce „zakřivuje“ kolem Venuše, zatímco na Merkur není takový účinek. Je to kvůli čtvrtému a důležitému rozdílu mezi těmito dvěma světy: Merkur nemá atmosféru, zatímco Venuše má velmi silnou.

vidíte, Merkur a Venuše neabsorbují jen světlo ze slunce; každá planeta pak znovu vyzařuje tuto energii jako teplo zpět do vesmíru. Pro bezvzduchovou rtuť jde všechno toto teplo okamžitě zpět do vesmíru. Ale na Venuši je příběh jiný. Každé kvantum infračerveného záření-znovu vyzařované teplo – se musí dostat skrz tu hustou, hustou atmosféru, což je obtížné.

nejen, že Venuše má atmosféru mnohonásobně větší než zemská, nabitý obrovským množstvím infračervených absorbujících plynů, jako je oxid uhličitý, ale je zahalen v úžasně silných vrstvách vysoce reflexních mraků. Tento opar kyseliny sírové, který se rozkládá na více než 20 km v tloušťce, obklopuje planetu rychlostí od 210 do 370 km / h, zachycuje drtivou většinu vyzařovaného tepla a přenáší ji po celé planetě. Dlouhé noci neposkytují únik z tepla, protože zachycovací a termalizační účinky oblačných vrstev udržují povrch Venuše na nehostinně vysoké teplotě, natolik, že pokud sečtete provozní dobu každého přistávacího modulu, který se kdy dotkl povrchu Venuše,ani by to nedosáhlo půl dne Země.

ale ve správném množství, atmosférické zachycení tepla může být to nejlepší, co se kdy stalo světu. Pokud by to nebylo pro zemskou atmosféru, průměrná teplota na naší planetě by byla ubohých 255 Kelvinů (-18 °C / -1 °F), nebo přibližně teplota antarktického kontinentu. Plošný účinek mraků a atmosférických plynů zvedá klima naší planety do mírného pásma, kde život, jak víme, prosperuje tak dlouho. Přesto brzy v historii sluneční soustavy, s chladnějším sluncem a mnohem tenčí atmosférou, Venuše byla pravděpodobně podobná teplotě jako dnešní země. Pravděpodobně to mělo stejný potenciál pro život a biologické procesy, ale uprchlá katastrofa vytvořila trvalé peklo, které obývalo náš sesterský svět po miliardy let.

zatímco zemi nehrozí stejný osud, Venuše stojí jako nejžhavější svět v naší sluneční soustavě a varovný příběh skleníkového efektu mimo kontrolu. Jak jsme dospěli k lepšímu pochopení procesů, které řídí klima a teplotu Země, je naší odpovědností řídit naši planetu správným směrem. Spojení mezi Sluncem, atmosférou a osudem planety je psáno po celém světě v naší sluneční soustavě. Je na lidstvu, aby se poučilo a rozhodlo, co budeme dělat dál.