Dlaczego Merkury nie jest najgorętszą planetą Układu Słonecznego

w wielkim schemacie Układu Słonecznego największym źródłem energii jest Słońce. Podczas gdy radioaktywność i skurcz grawitacyjny mogą dostarczać znaczną ilość energii rdzeniom masywnych Planet, światło i ciepło emitowane przez naszą gwiazdę macierzystą jest w przeważającej mierze odpowiedzialne za temperaturę powierzchni planety. W doskonałym przybliżeniu, Słońce utrzymuje nie tylko ziemię, ale wszystkie planety w temperaturze znacznie wyższej niż to, co byłoby bez niego: tylko kilka kelwinów. W ciągu dnia planety absorbują energię ze słońca, ale zarówno w dzień, jak i w nocy, wypromieniowują energię z powrotem w Przestrzeń Kosmiczną. To dlatego temperatury nagrzewają się w ciągu dnia i ochładzają w nocy, co jest prawdą dla każdej planety, która ma zarówno dzienną, jak i nocną stronę. Spodziewamy się również sezonów — chłodnych i ciepłych — w oparciu zarówno o eliptyczną orbitę planety, jak i jej nachylenie osiowe.

ale jeśli różne parametry orbity planety były jedynymi czynnikami, które determinowały temperaturę, to najbliższa planeta słońca nieuchronnie byłaby najgorętsza i wszystkie one stawałyby się coraz chłodniejsze, gdy oddalaliśmy się coraz dalej. Być może gazowy olbrzym, który był wystarczająco duży, aby wygenerować znaczną część własnego ciepła, zmieniłby ten porządek (gdyby Jowisz i Neptun zostały zamienione, może tak być), ale ogólnie spodziewalibyśmy się, że temperatura planety spadnie proporcjonalnie do jej odległości od Słońca. Możemy sprawdzić to oczekiwanie, zaczynając od najbardziej wewnętrznej planety i pracując na zewnątrz.

rtęć jest gorąca. Jeśli mamy być ilościowe, to jest naprawdę bardzo gorąco! Jako najbliższa planeta słońca, kończy orbitę w ciągu zaledwie 88 ziemskich dni, osiągając maksymalną temperaturę w ciągu dnia wynoszącą aż 700 kelwinów (427 °c) w najgorętszych, równikowych miejscach. Merkury obraca się bardzo powoli, więc jego noc spędza kolejno długi czas w ciemności, osłoniętej przed słońcem; w tym czasie spada do zaledwie 100 kelwinów (-173 °c / -280 °F). Ta niska temperatura jest niewiarygodnie zimna i o wiele zimniejsza niż jakakolwiek naturalnie występująca temperatura na Ziemi. Oto historia planety najbliżej Słońca: Merkurego.

a co z następnym: Wenus?

Wenus znajduje się średnio dwa razy dalej od Słońca, niż Merkury, zajmując około 225 ziemskich dni na okrążenie słońca. Obraca się również wolniej niż Merkury, spędzając ponad 100 kolejnych ziemskich dni w czasie skąpanym w słońcu, a następnie równą ilość czasu w ciemności. A jednak, kiedy mierzysz temperaturę Wenus, jest niespodzianka: Wenus ma tę samą temperaturę o każdej porze dnia i nocy, średnio 735 kelwinów (462 °C / 863 °F), co czyni ją jeszcze gorętszą od Merkurego!

to dziwne zdarzenie nie tylko zagadało astronomów, kiedy po raz pierwszy je odkryli; upokorzyło ich! Wenus nie była wystarczająco duża, by wytworzyć własne ciepło, a jednak o północy Wenus była gorętsza niż w południe Merkuriańskie. To była obserwacja, która wymagała wyjaśnienia, więc zaczęliśmy kontrastować dwie najskrytsze planety.

porównując te dwa światy, istnieją cztery bardzo wyraźne różnice:

1. Merkury jest znacznie mniejszy od Wenus,
2. Merkury jest około dwa razy bliżej Słońca niż Wenus,
3. Merkury jest znacznie mniej odbijający niż Wenus, a
4. Merkury nie ma atmosfery, podczas gdy Wenus ma bardzo gęstą atmosferę.

jeśli chodzi o pochłanianie i promieniowanie ciepła, okazuje się, że rozmiar nie ma większego znaczenia. Planety absorbują światło słoneczne w oparciu o ich pole powierzchni przekroju — proporcjonalne do ich promienia do kwadratu — i wypromieniowują je w dokładnie takiej samej proporcji. Gdyby Merkury był dwukrotnie większy od Merkurego lub Wenus była o połowę mniejsza od niego, żadna z nich nie zmieniłaby temperatury o jakąkolwiek znaczącą ilość. Ta różnica jest zupełnie nieistotna.

fakt, że Wenus znajduje się prawie dwa razy dalej od Słońca, ma jednak duże znaczenie. Każdy obiekt, który znajduje się dwa razy dalej od Słońca, otrzymuje tylko jedną czwartą energii słonecznej na jednostkę powierzchni, co oznacza, że Merkury powinien otrzymać około cztery razy więcej energii na każdej części swojej powierzchni, niż Wenus. W miarę jak światło słońca rozprzestrzenia się w przestrzeni, bardziej odległy świat przechwytuje coraz mniej swojej energii. Jest to wielka zaleta Merkurego, który napotyka prawie cztery razy więcej strumienia na metr kwadratowy w porównaniu do Wenus. A jednak Wenus jest jeszcze gorętsza, co mówi nam, że coś jeszcze ważnego musi się dziać z jednym z pozostałych dwóch punktów.

jak refleksyjny lub chłonny obiekt jest znany jako jego albedo, które pochodzi od łacińskiego słowa albus, co oznacza biały. Obiekt o albedo (Bond Albedo, dla geofizyków) 0 jest doskonałym absorberem, podczas gdy obiekt o albedo 1 jest doskonałym reflektorem. W rzeczywistości wszystkie obiekty fizyczne mają albedo od 0 do 1. Księżyc, na przykład, wydaje się mieć dość wysokie albedo dla naszych oczu, z białym wyglądem zarówno w dzień, jak iw nocy.

nie daj się zwieść Białemu wyglądowi Księżyca! Średnie albedo księżyca wynosi zaledwie 0,12, co oznacza, że tylko 12% światła, które uderza w niego, zostaje odbite, podczas gdy pozostałe 88% zostaje wchłonięte. Im niższe jest albedo obiektu, tym lepiej absorbuje światło, co oznacza, że im wyższe jest albedo, tym mniej światła słonecznego jest absorbowane. Merkury okazuje się być podobny do księżyca na 0,119, podczas gdy albedo Wenus jest zdecydowanie najwyższe ze wszystkich ciał planetarnych w Układzie Słonecznym na 0,90. Tak więc Merkury nie tylko otrzymuje cztery razy więcej energii na jednostkę powierzchni, ale pochłania prawie dziewięć razy więcej światła słonecznego niż Wenus!

jednak jeśli zobaczyłbyś dwa zdjęcia zbliżeniowe ostatnich tranzytów Merkurego (w zeszłym miesiącu) i Wenus (w 2012 roku), zauważyłbyś, że słońce wydaje się „zakrzywiać” wokół Wenus, podczas gdy nie ma takiego wpływu na Merkurego. Wynika to z czwartej i ważnej różnicy między dwoma światami: Merkury nie ma atmosfery, podczas gdy Wenus ma bardzo grubą.

widzisz, Merkury i Wenus nie tylko absorbują światło ze słońca; każda planeta ponownie wypromieniowuje tę energię jako ciepło z powrotem w Przestrzeń Kosmiczną. W przypadku bezpowietrznej Rtęci całe to ciepło natychmiast wraca w Przestrzeń Kosmiczną. Ale na Wenus historia jest inna. Każdy kwant promieniowania podczerwonego — ponownie wypromieniowane ciepło — musi przedostać się przez gęstą, gęstą atmosferę, co jest trudne.

Wenus nie tylko posiada atmosferę wielokrotnie większą niż ziemska, wypełnioną ogromnymi ilościami absorbujących podczerwień gazów, takich jak dwutlenek węgla, ale jest spowita niesamowicie grubymi warstwami wysoce refleksyjnych chmur. Ta mgła kwasu siarkowego, która rozciąga się na ponad 20 km grubości, okrąża planetę z prędkością od 210 do 370 km/h, zatrzymując zdecydowaną większość wypromieniowanego ciepła i przenosząc je na całą planetę. Długie noce nie zapewniają ucieczki przed upałem, ponieważ efekty zatrzymywania i termizowania warstw chmur utrzymują powierzchnię Wenus w niesprzyjająco wysokiej temperaturze, tak bardzo, że jeśli zsumujemy czas działania każdego lądownika, który kiedykolwiek wylądował na powierzchni Wenus, nie zsumujemy nawet do połowy Dnia Ziemi.

ale w odpowiednich ilościach atmosferyczne wychwytywanie ciepła może być najlepszą rzeczą, jaka kiedykolwiek przytrafiła się światu. Gdyby nie ziemska atmosfera, średnia temperatura na naszej planecie wynosiłaby 255 kelwinów (-18 °C / -1 °F), czyli w przybliżeniu temperaturę kontynentu Antarktycznego. Efekt chmur i gazów atmosferycznych podnosi klimat naszej planety do strefy umiarkowanej, gdzie życie-jak wiemy-kwitnie od tak dawna. Jednak na początku historii Układu Słonecznego, z chłodniejszym słońcem i znacznie cieńszą atmosferą, Wenus była prawdopodobnie podobna pod względem temperatury do dzisiejszej Ziemi. Prawdopodobnie miał taki sam potencjał dla życia i procesów biologicznych, ale uciekająca katastrofa stworzyła trwałe piekło, które zamieszkuje nasz siostrzany świat od miliardów lat.

podczas gdy ziemia nie jest zagrożona tym samym losem, Wenus jest zarówno najgorętszym światem w naszym Układzie Słonecznym, jak i przestrogą przed niekontrolowanym efektem cieplarnianym. W miarę jak coraz lepiej rozumiemy procesy, które napędzają klimat i temperaturę ziemi, naszym obowiązkiem jest skierowanie naszej planety we właściwym kierunku. Związek między Słońcem, atmosferą i losem planety jest zapisany na całym świecie w naszym Układzie Słonecznym. Ludzkość musi nauczyć się tych lekcji i zdecydować, co zrobimy dalej.