Varför kvicksilver inte är solsystemets hetaste Planet

i solsystemets stora plan är den överlägset största energikällan solen. Medan radioaktivitet och gravitationskontraktion kan ge en betydande mängd energi till kärnorna på massiva planeter, är ljuset och värmen som emitteras från vår moderstjärna överväldigande ansvarig för en Planets yttemperatur. Till en utmärkt approximation håller solen inte bara jorden, men alla planeter vid en temperatur långt över vad de skulle vara utan det: bara några Kelvin. (Utan en extern värmekälla skulle de flesta planettemperaturerna jämvikta vid -270 C / -455 C.) Under dagen absorberar planeterna energi från solen, men under både dagen och natten utstrålar de energi tillbaka i rymden. Det är därför temperaturen värms upp under dagen och svalnar under natten, något som är ganska sant för varje planet som har både en dagssida och en nattsida. Vi förväntar oss också årstider-svala tider och varma tider — baserat på både hur elliptisk en planetens bana är och på dess axiella lutning.

men om en Planets olika orbitalparametrar var de enda saker som bestämde temperaturen, skulle den närmaste planeten till solen oundvikligen vara den hetaste, och de skulle alla bli progressivt svalare när vi flyttade längre och längre bort. Kanske en gasjätte som var tillräckligt stor för att generera en betydande del av sin egen värme skulle ändra den ordningen (om Jupiter och Neptun byttes, kan det vara fallet), men i allmänhet förväntar vi oss att en Planets temperatur sjunker i proportion till dess avstånd från solen. Vi kan kontrollera denna förväntan genom att börja på den innersta planeten och arbeta oss utåt.

kvicksilver är varmt. Om vi är kvantitativa är det faktiskt extremt varmt! Som närmaste planet till solen fullbordar den en bana på bara 88 jorddagar, vilket ger en Maximal temperatur under dagen för en hel del 700 Kelvin (427 kcal C / 800 kcal F) på sina hetaste ekvatoriella platser. Kvicksilver roterar mycket långsamt, så dess nattsida tillbringar en lång tid i följd i mörkret, skyddad från solen; under dessa tider kommer det ner till bara 100 Kelvin (-173 kcal C / -280 kcal F). Den låga temperaturen är otroligt kall och mycket kallare än några kända naturligt förekommande temperaturer här på jorden. Det är historien om den närmaste planeten till solen: Mercury.

vad sägs om nästa ut: Venus?

Venus är ungefär dubbelt så långt från solen, i genomsnitt, som Merkurius är, tar cirka 225 jorddagar att kretsa kring solen. Det roterar också ännu långsammare än kvicksilver och spenderar mer än 100 på varandra följande jorddagar åt gången badade i solljus och sedan lika mycket tid i mörkret. Och ändå, när du mäter temperaturen på Venus, är det en överraskning: Venus är samma temperatur hela tiden, dag eller natt, med i genomsnitt 735 Kelvin (462 kcal C / 863 kcal F), vilket gör det ännu varmare än kvicksilver!

denna konstiga händelse gjorde mer än bara pussel astronomer när de först upptäckte det; det dödade dem! Venus var inte tillräckligt stor för att generera sin egen värme, och ändå var det varmare vid Venusian midnatt än vid Mercurian high noon. Detta var en observation som ropade på en förklaring, och så började vi kontrastera de två innersta planeterna.

att jämföra dessa två världar, Det finns fyra mycket starka skillnader:

1. kvicksilver är mycket mindre än Venus,
2. kvicksilver är ungefär dubbelt så nära solen som Venus,
3. kvicksilver är mycket mindre reflekterande än Venus, och
4. kvicksilver har ingen atmosfär, medan Venus har en mycket tjock atmosfär.

när det gäller att absorbera och utstråla värme visar det sig att storleken inte spelar någon roll så mycket. Planeter absorberar solljus baserat på deras tvärsnittsyta-proportionell mot deras radie i kvadrat-och utstrålar den i exakt samma proportion. Om kvicksilver var dubbelt så stor eller Venus var hälften av sin storlek, skulle ingen av dem ha sin temperaturförändring med någon märkbar mängd. Denna skillnad är helt irrelevant.

det faktum att Venus är nästan dubbelt så långt från solen betyder dock mycket. Varje objekt som är dubbelt så långt bort från solen får bara en fjärdedel av mängden solenergi per enhet, vilket innebär att kvicksilver ska få ungefär fyra gånger så mycket energi på varje del av dess yta som Venus gör. När ljuset från solen sprider sig genom rymden, fångar en mer avlägsen värld mindre och mindre av sin energi. Detta är den stora fördelen med kvicksilver, som möter nästan fyra gånger flödet per kvadratmeter jämfört med Venus. Och ändå är Venus fortfarande hetare, vilket säger att något annat viktigt måste hända med en av de andra två punkterna.

hur reflekterande eller absorberande ett objekt råkar vara är känt som dess albedo, som kommer från det latinska ordet albus, vilket betyder vit. Ett objekt med en albedo (Bond Albedo, för geofysiker) av 0 är en perfekt absorbator, medan ett objekt med en albedo av 1 är en perfekt reflektor. I verkligheten har alla fysiska föremål en albedo mellan 0 och 1. Månen, till exempel, ser ut att ha en ganska hög albedo för våra ögon, med ett vitt utseende under både dag och natt.

låt inte månens vita utseende lura dig! Månens genomsnittliga albedo är bara cirka 0,12, vilket innebär att endast 12% av ljuset som träffar det reflekteras, medan de andra 88% absorberas. Ju lägre ett objekts albedo är, desto bättre är det att absorbera ljus, vilket betyder att ju högre albedo, desto mindre solljus absorberas faktiskt. Kvicksilver visar sig likna månen vid 0, 119, medan Venus albedo är överlägset den högsta av alla planetkroppar i solsystemet vid 0, 90. Så inte bara får kvicksilver fyra gånger så mycket energi per enhet, det absorberar nästan nio gånger så mycket av solljuset som Venus gör!

men om du såg två närbilder av de senaste transiterna av Mercury (förra månaden) och Venus (2012), skulle du märka att solen verkar ”kurva” runt Venus, medan det inte finns någon sådan effekt på Mercury. Detta beror på den fjärde och viktiga skillnaden mellan de två världarna: kvicksilver har ingen atmosfär, medan Venus har en mycket tjock.

du ser, kvicksilver och Venus absorberar inte bara ljus från solen; varje planet återstrålar sedan den energin som värme tillbaka i rymden. För luftfritt kvicksilver går all den värmen omedelbart tillbaka i rymden. Men på Venus är historien annorlunda. Varje kvant av infraröd strålning – den omstrålade värmen – måste komma igenom den tjocka, tjocka atmosfären, vilket är svårt.

Venus har inte bara en atmosfär många gånger jordens tjocklek, laddad med enorma mängder infraröda absorberande gaser som koldioxid, men den är höljd i fantastiskt tjocka lager av mycket reflekterande moln. Denna svavelsyra haze, som sträcker sig mer än 20 km i tjocklek, omger planeten med hastigheter från 210 till 370 km/h, fångar den stora majoriteten av den utstrålade värmen och överför den över hela planeten. De långa nätterna ger ingen flykt från värmen, eftersom molnskiktens infångnings-och värmeeffekter håller Venus yta vid en ogästvänlig hög temperatur, så mycket att om du lägger till driftstiden för varje landare som någonsin berörde Venus yta, skulle det inte ens summera till en halv jorddag.

men i rätt mängder kan atmosfärisk värmefångst vara det bästa som någonsin hänt med en värld. Om det inte vore för jordens atmosfär, skulle medeltemperaturen på vår planet vara en liten 255 Kelvin (-18 C / -1 F), eller ungefär temperaturen på den antarktiska kontinenten. Den filtliknande effekten av molnen och atmosfäriska gaser lyfter vår planets klimat in i den tempererade zonen där livet som vi vet har blomstrat så länge. Men tidigt i solsystemets historia, med en kallare Sol och en mycket tunnare atmosfär, var Venus förmodligen lika i temperatur som jordens idag. Det hade sannolikt samma potential för liv och biologiska processer, men en skenande katastrof skapade det permanenta inferno som har bebott vår systervärld i miljarder år.

medan jorden inte riskerar samma öde, står Venus som både den hetaste världen i vårt solsystem och en försiktighetshistoria om en växthuseffekt utan kontroll. När vi kommer att bättre förstå de processer som driver jordens klimat och temperatur är det vårt ansvar att styra vår planet i rätt riktning. Länken mellan solen, atmosfären och planetens öde är skriven över varje värld i vårt solsystem. Det är upp till mänskligheten att lära sig dessa lektioner och bestämma vad vi gör nästa.