Hvorfor kviksølv ikke er solsystemets hotteste Planet

i Solsystemets store plan er den største energikilde langt solen. Mens radioaktivitet og gravitationel sammentrækning kan levere en betydelig mængde energi til kernerne i massive planeter, er lyset og varmen, der udsendes fra vores moderstjerne, overvældende ansvarlig for en planets overfladetemperatur. Til en fremragende tilnærmelse holder solen ikke kun jorden, men alle planeterne ved en temperatur langt over, hvad de ville være uden det: bare et par Kelvin. (Uden en ekstern varmekilde ville de fleste planetariske temperaturer ækvilibrere ved -270 liter C / -455 liter F.) I løbet af dagen absorberer planeterne energi fra solen, men i løbet af både dagen og natten udstråler de energi tilbage i rummet. Dette er grunden til, at temperaturerne opvarmes om dagen og afkøles om natten, noget der stort set er sandt for hver planet, der har både en dagside og en natside. Vi forventer også årstider-kølige tider og varme tider — baseret på både hvor elliptisk en planets bane er og på dens aksiale hældning.

men hvis en planets forskellige orbitalparametre var de eneste ting, der bestemte temperaturen, ville den nærmeste planet til Solen uundgåeligt være den hotteste, og de ville alle blive gradvist køligere, da vi flyttede længere og længere væk. Måske ville en gasgigant, der var stor nok til at generere en betydelig del af sin egen varme, ændre den rækkefølge (hvis Jupiter og Neptun blev byttet, kan det være tilfældet), men generelt forventer vi, at en planets temperatur falder i forhold til dens afstand fra solen. Vi kan kontrollere denne forventning ved at starte på den inderste planet og arbejde os udad.

kviksølv er varmt. Hvis vi er kvantitative, er det faktisk ekstremt varmt! Som den nærmeste planet til Solen fuldender den en bane på kun 88 jorddage og opnår en maksimal temperatur i løbet af dagen for en kæmpe 700 Kelvin (427 liter C / 800 liter F) på sine varmeste ækvatoriale steder. Kviksølv roterer meget langsomt, så dens natside tilbringer en fortløbende lang tid i mørket, afskærmet fra solen; i disse tider kommer det ned til kun 100 Kelvin (-173 liter C / -280 liter F). Den lave temperatur er utrolig kold, og langt koldere end nogen kendte naturligt forekommende temperaturer her på jorden. Det er historien om den nærmeste planet til Solen: Merkur.

hvad med den næste ud: Venus?

Venus er omkring dobbelt så langt fra solen, i gennemsnit, som Merkur er, tager omkring 225 jorddage at kredse om Solen. Det roterer også endnu langsommere end kviksølv og bruger mere end 100 på hinanden følgende jorddage ad gangen badet i sollys og derefter en lige så lang tid i mørke. Og alligevel, når du måler temperaturen på Venus, er der en overraskelse: Venus er den samme temperatur på alle tidspunkter, dag eller nat, i gennemsnit 735 Kelvin (462 liter C / 863 liter F), hvilket gør det endnu varmere end kviksølv!

denne mærkelige begivenhed gjorde mere end bare puslespil astronomer, da de først opdagede det; det dræbte dem! Venus var ikke stor nok til at generere sin egen varme, og alligevel var det varmere ved Venusian midnat end ved Mercurian High noon. Dette var en observation, der råbte efter en forklaring, og så begyndte vi at kontrastere de to inderste planeter.

sammenligning af disse to verdener, der er fire meget skarpe forskelle:

1. kviksølv er meget mindre end Venus,
2. kviksølv er omkring dobbelt så tæt på Solen som Venus,
3. kviksølv er meget mindre reflekterende end Venus, og
4. Kviksølv har ingen atmosfære, mens Venus har en meget tyk atmosfære.

for så vidt angår absorberende og udstrålende varme går, viser det sig, at størrelse ikke betyder meget. Planeter absorberer sollys baseret på deres tværsnitsoverfladeareal-proportional med deres radius kvadreret-og udstråler det væk i nøjagtig samme forhold. Hvis Merkur var dobbelt så stor, eller Venus var halvdelen af dens størrelse, ville ingen af dem have sin temperaturændring med nogen mærkbar mængde. Denne forskel er fuldstændig irrelevant.

det faktum, at Venus er næsten dobbelt så langt fra solen, imidlertid, betyder meget. Ethvert objekt, der er dobbelt så langt væk fra solen, modtager kun en fjerdedel af mængden af solenergi pr. Når lyset fra Solen spreder sig gennem rummet, opfanger en fjernere verden mindre og mindre af sin energi. Dette er den store fordel ved kviksølv, der støder på næsten fire gange strømmen pr. Og alligevel er Venus stadig varmere, hvilket fortæller os, at der skal ske noget andet vigtigt med et af de to andre punkter.

hvor reflekterende eller absorberende et objekt tilfældigvis er, er kendt som dets albedo, der kommer fra det latinske ord albus, der betyder hvid. Et objekt med en albedo (Bond Albedo, for geofysikerne) på 0 er en perfekt absorber, mens et objekt med en albedo på 1 er en perfekt reflektor. I virkeligheden har alle fysiske objekter en albedo mellem 0 og 1. Månen ser for eksempel ud til at have en temmelig høj albedo for vores øjne med et hvidt udseende både dag og nat.

lad ikke Månens hvide udseende narre dig! 0,12, hvilket betyder, at kun 12% af det lys, der rammer det, reflekteres, mens de andre 88% absorberes. Jo lavere et objekts albedo er, jo bedre er det at absorbere lys, hvilket betyder, at jo højere albedo, jo mindre sollys absorberes faktisk. Kviksølv viser sig at ligne Månen ved 0.119, mens Venus’ albedo er langt den højeste af alle planetariske kroppe i solsystemet ved 0.90. Enhedsområde, det absorberer næsten ni gange så meget af det sollys, det modtager som Venus gør!

men hvis du så to nærbilleder af de seneste transitter af kviksølv (sidste måned) og Venus (i 2012), vil du bemærke, at solen ser ud til at “kurve” omkring Venus, mens der ikke er nogen sådan effekt på kviksølv. Dette skyldes den fjerde og meget vigtige forskel mellem de to verdener: Kviksølv har ingen atmosfære, mens Venus har en meget tyk.

ser du, Merkur og Venus absorberer ikke bare lys fra solen; hver planet udstråler derefter den energi som varme tilbage i rummet. For luftløst kviksølv går al den varme straks tilbage i rummet. Men på Venus er historien anderledes. Hvert kvantum af infrarød stråling – den genudstrålede varme – er nødt til at komme igennem den tykke, tykke atmosfære, som er vanskelig.

Venus har ikke kun en atmosfære mange gange jordens tykkelse, fyldt med enorme mængder infrarøde absorberende gasser som kulsyre, men det er indhyllet i fantastisk tykke lag af stærkt reflekterende skyer. Denne svovlsyredis, der strækker sig over mere end 20 km i tykkelse, omslutter planeten med hastigheder fra 210 til 370 km/t, fanger langt størstedelen af den udstrålede varme og overfører den over hele planeten. De lange nætter giver ingen flugt fra varmen, da skylagets fældefangst og termiske virkninger holder overfladen af Venus ved en ugæstfri høj temperatur, så meget, at hvis du tilføjede driftstiden for hver lander, der nogensinde rørte ved Venus’ overflade, ville det ikke engang summe til en halv jorddag.

men i de rigtige mængder, atmosfærisk varmefangst kan være den bedste ting nogensinde at ske med en verden. Hvis det ikke var for Jordens atmosfære, ville gennemsnitstemperaturen på vores planet være en svag 255 Kelvin (-18 liter C / -1 liter F) eller omtrent temperaturen på det antarktiske kontinent. Den tæppelignende effekt af skyerne og atmosfæriske gasser løfter vores planets klima ind i det tempererede område, hvor livet-som-vi-kender det har trives så længe. Alligevel tidligt i Solsystemets historie, med en køligere Sol og en meget tyndere atmosfære, Venus var sandsynligvis ens i temperatur til Jordens i dag. Det havde sandsynligvis det samme potentiale for liv og biologiske processer, men en løbende katastrofe skabte det permanente inferno, der beboede vores søsterverden i milliarder af år.

mens jorden ikke er i fare for den samme skæbne, står Venus som både den hotteste verden i vores solsystem og en advarsel om en ud-af-kontrol drivhuseffekt. Når vi kommer til bedre at forstå de processer, der driver Jordens klima og temperatur, er det vores ansvar at styre vores planet i den rigtige retning. Forbindelsen mellem Solen, atmosfæren og planetens skæbne er skrevet over hele verden i vores solsystem. Det er op til menneskeheden at lære disse lektioner og beslutte, hvad vi gør næste gang.