أكثر

8.16: الغلاف الجوي على الكواكب الأخرى - علوم الأرض

8.16: الغلاف الجوي على الكواكب الأخرى - علوم الأرض


يمكن أيضًا رؤية العمليات التي تؤثر على الغلاف الجوي للأرض على الكواكب الأخرى. على سبيل المثال ، كوكب المشتري ، وهو كوكب أكبر بنحو 318 مرة من الأرض ، له دوران جوي مماثل المناطق و يربط (الشكل 8.47). على كوكب المشتري ، فإن مناطق مشرقة هي مناطق قمم السحب الصاعدة ، و المناطق المظلمة هي مناطق غارقة في الهواء. يتكون الغلاف الجوي العلوي للمشتري من الهيدروجين والهيليوم وله سحب مكونة من بلورات الأمونيا الجليدية (NH3).


الشكل 8.47. أحزمة الرياح على كوكب المشتري.


الكواكب الخارجية

علم الأحياء الفلكي هو مجال متعدد التخصصات معترف به من قبل الأكاديمية الوطنية للعلوم وبدعم من وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم. في عام 1964 ، أجاب أنصار التطور جورج جايلورد سيمبسون: [علم الأحياء الفلكي] "هو" علم "لم يثبت بعد وجود موضوعه". ومع ذلك ، فإن اكتشاف المئات من "الكواكب الخارجية" (الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى) قد حفز البحث العلمي حول:

  • تكوين وتطور الحياة
  • علم الأحياء المتطرف
  • تشكيل الكواكب
  • تطور الغلاف الجوي
  • الكواكب الداخلية ، الصفائح التكتونية ، أهمية المجالات المغناطيسية كدروع من الجسيمات الشمسية
  • اكتساب العناصر المتطايرة والاحتفاظ بالمياه السطحية
  • البحث عن كواكب شبيهة بالأرض.

من المحتمل جدًا أن يجد علماء الفلك في العقد القادم الدليل الأول على وجود الحياة على الكواكب الأخرى - ومن المؤكد أن هناك برامج حالية ، بدءًا من قياس كيمياء الغلاف الجوي على الكواكب الأخرى وانتهاءً بـ SETI.

لقد أنشأنا سلسلة من محاضرات "الأصول" متعددة التخصصات في جامعة ييل والتي تهدف إلى تجميع مجموعة واسعة من خبرات أعضاء هيئة التدريس والباحثين والطلاب.

ندوة الأصول - خريف 2011

ستعقد جميع ندوات Origins في Kline Geology Lab في الغرفة 123.

  • الثلاثاء ، 4 أكتوبر ، 4 مساءً: ستيفن بينر - "الاعتبارات الكيميائية عند البحث عن الحياة على المريخ وتيتان"
  • الأربعاء 26 تشرين الأول (أكتوبر) الساعة 2 ظهرًا: جيمس كاستينغ - هل الأرض نادرة؟
  • الخميس ، 3 نوفمبر ، 4 مساءً: فيكتوريا ميدوز - التوقيعات الحيوية
  • الأربعاء ، 9 تشرين الثاني (نوفمبر) ، 2 مساءً: جوناثان فورتني - هيكل كوكب خارج المجموعة الشمسية
  • الإثنين ، 28 نوفمبر ، 4 مساءً: سيث شوستاك - SETI

عن المتحدثين

ستيفن بينر، زميل متميز في مؤسسة التطور الجزيئي التطبيقي ، كرس حياته المهنية لدراسة الأسئلة الكبيرة حول أصول الحياة. بدأت مجموعة الدكتور بينر علم الأحياء التركيبي كمجال ، واخترعوا كيمياء اندماجية ديناميكية ، وأنشأوا علم الأحياء الجزيئي القديم ، وساعدوا في تأسيس المعلوماتية الحيوية التطورية.

جوناثان فورتني، أستاذ مشارك في علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز ، يدرس الأجزاء الداخلية والأغلفة الجوية للكواكب داخل وخارج النظام الشمسي. إنه يعمل على فهم الكواكب كفئة من الأجسام الفيزيائية الفلكية. يدور بحثه الحالي حول نمذجة الغلاف الجوي الكوكبي والتصميمات الداخلية والتطور الحراري.

جيمس كاستينغ، أستاذ في قسم علوم الأرض بجامعة ولاية بنسلفانيا ، يدرس تطور المناخ وإمكانية السكن على كوكب الأرض. تشمل اهتماماته البحثية تطور الغلاف الجوي ، وأجواء الكواكب ، والمناخات القديمة. تشمل المنشورات الحديثة كتاب "كيفية البحث عن كوكب صالح للسكن".

فيكتوريا ميدوز هو أستاذ مشارك في علم الفلك ومدير برنامج علم الأحياء الفلكية بجامعة واشنطن ، وكذلك باحث رئيسي في مختبر الكواكب الافتراضي التابع لمعهد علم الأحياء الفلكي التابع لوكالة ناسا. يركز بحثها على اكتساب وتحليل ملاحظات الاستشعار عن بعد لأغلفة وأسطح الكواكب. بالإضافة إلى دراسة الكواكب داخل نظامنا الشمسي ، فإنها تدرس الكواكب الخارجية ، وقابلية الكواكب للسكن والتشخيص الحيوي.

سيث شوستاك، كبير علماء الفلك في معهد البحث عن الذكاء خارج الأرض (SETI) ، ويشارك في مجموعة متنوعة من أبحاث SETI ، ويشارك بشكل كبير في جهود التوعية. يستضيف البرنامج الإذاعي الأسبوعي لمعهد SETI "هل نحن وحيدون؟وهو مؤلف / مؤلف مشارك للعديد من الكتب والمقالات حول البحث عن الحياة في الكون.

مقالات ذات أهمية

بينر ، ستيفن أ. ، وآخرون. الكيمياء العضوية الكوكبية وأصول الجزيئات الحيوية.
كولد سبرينج هارب بيرسبكت بيول 20102: a003467. 26 مايو 2010.

كاستينغ ، جيمس. الفصل 8: الأرض البدائية. تطور بريبيوتيك وعلم الأحياء الفلكي ، من تحرير جيفري تزي فاي وونغ وأتونينو لازكانو. & copy2008 Landes Bioscience.


يمكن تحديد تكوين الكوكب بواسطة & hellip

منذ مائة عام ، كانت الأمور مختلفة جدًا في علم الفلك. كانت حساباتنا للسرعة والحجم والتكوين والغلاف الجوي للكواكب البعيدة أكثر من مجرد تخمين ، لكن مهاراتنا حسنت قدرًا لا يُصدق في القرن الماضي. عندما ننظر إلى نظامنا الشمسي ، يمكننا أن نحقق تخمينًا مستنيرًا حول تكوين كوكب لأنه قريب جدًا من الأرض. بالنسبة لبعض الكواكب ، مثل المريخ والزهرة ، فقد ذهبنا فعليًا إلى السطح وحددنا ما يتكونون منه ، لكننا قمنا بزيارة سطح العديد من جيراننا الآخرين في النظام الشمسي.

ومع ذلك ، فنحن نعلم ما هي تركيبة الأرض وحجمها ، وتحديدًا كثافتها ، لذلك يمكننا تطبيق نفس المعلومات مقارنة بالكواكب الأخرى. إذا وجدنا كوكبًا بحجم الأرض بنفس الكثافة ، فيمكننا أن نفترض أنها مكونة من مكونات متشابهة (صخور السيليكات المحيطة بقلب من الحديد والنيكل). إذا كان النجم أكبر بكثير ولكنه أقل كثافة ، فمن المرجح أن يكون عملاق غازي (على سبيل المثال ، كوكب المشتري وزحل وأورانوس) ، وربما يتكون من عناصر أخف ، مثل الهيدروجين والهيليوم المحيطين بنواة معدنية صخرية أو منصهرة .

ومع ذلك ، فإن تحديد كثافة كوكب ما هو سؤال صعب آخر ، لأننا بحاجة إلى معرفة كتلة وحجم الكوكب. بناءً على ما تعلمناه عن المدارات والقوانين النيوتونية للفيزياء ، يمكننا حساب كتلة كوكب بناءً على تأثيره على نجمه الأم. عندما يدور كوكب حول نجم ، هناك سحب ضئيل للنجم ناتج عن كتلة الكوكب وحركة rsquos. يرجع هذا التذبذب إلى أن الكوكب يسحب النجم ، مما يؤدي إلى تغيير سرعته قليلاً ، ويمكن لهذه التغييرات في السرعة أن تخبرنا عن كتلة الجسم الكوكبي بدقة شديدة ، بناءً على معرفتنا بالانزياح الأحمر وظاهرة الانزياح الأزرق ، المعروفة باسم تأثير دوبلر. (تعرف على المزيد حول تأثير دوبلر هنا).

مخطط التحول باللونين الأحمر والأزرق (مصدر الصورة: wired.com)

الحجم ، مع ذلك ، هو علم أقل دقة قليلاً. من خلال مشاهدة الكسوف (عندما يمر كوكب أمام نجم) ، أو قمر يمر أمام كوكب ، يمكننا اكتشاف تعتيم الضوء الناجم عن هذا العبور. عندما يمر كوكب أمام نجم ، فإنه يسد جزءًا معينًا من السطح النجمي ، والذي يمكن قياسه ، ويمكن تحديد قطر. بمجرد حساب القطر ، وافتراض شكل الكرة ، يمكن قياس الحجم بدقة إلى حد ما.

مع وجود الحجم والكتلة في متناول اليد ، يمكن حساب الكثافة ، مما يمنحنا فكرة عن ماهية & ldquotype & rdquo لكوكب ما (صخري ، منصهر ، شبيه بالأرض ، عملاق غازي ، أو أي شيء آخر تمامًا). يمكننا عمل تخمينات مستنيرة حول نوع العناصر التي يمكن العثور عليها على السطح بناءً على هذا القياس.


10 أشياء: أجواء الكواكب

في كل مرة تأخذ فيها نفسًا من الهواء النقي ، من السهل أن تنسى أنه يمكنك القيام بذلك بأمان بسبب الغلاف الجوي Earth & rsquos. لا يمكن أن توجد الحياة على الأرض بدون هذا الغطاء الواقي الذي يبقينا دافئًا ، ويسمح لنا بالتنفس ، ويحمينا من الإشعاع الضار والأشياء الأخرى.

ما الذي يجعل الغلاف الجوي للأرض ورسكووس مميزًا ، وكيف تقارن الكواكب الأخرى والأغلفة الجوية؟ إليك 10 حكايات:

1. تشغيل أرض، نحن نعيش في طبقة التروبوسفير ، وهي أقرب طبقة جوية إلى سطح الأرض و rsquos. & ldquoTropos & rdquo تعني & ldquochange ، & rdquo والاسم يعكس طقسنا المتغير باستمرار ومزيج الغازات. يبلغ سمكها من 5 إلى 9 أميال (من 8 إلى 14 كيلومترًا) ، اعتمادًا على مكان وجودك على الأرض ، وهي الطبقة الأكثر كثافة في الغلاف الجوي. عندما نتنفس ، نأخذ مزيجًا من الهواء يتكون من حوالي 78 في المائة من النيتروجين و 21 في المائة من الأكسجين و 1 في المائة من الأرجون وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون. المزيد عن الغلاف الجوي للأرض و rsquos و rsaquo

2. المريخ له غلاف جوي رقيق للغاية ، كل ثاني أكسيد الكربون تقريبًا. بسبب الضغط الجوي المنخفض للكوكب الأحمر و rsquos ، وقليل من الميثان أو بخار الماء لتعزيز تأثير الاحتباس الحراري الضعيف (الاحترار الذي ينتج عندما يحبس الغلاف الجوي الحرارة المشعة من الكوكب نحو الفضاء) ، يظل سطح المريخ باردًا جدًا ، متوسط ​​درجة حرارة السطح هو حوالي -82 درجة فهرنهايت (ناقص 63 درجة مئوية). المزيد عن تأثير الاحتباس الحراري و rsaquo

3. كوكب الزهرة& [رسقوو] الغلاف الجوي ، مثل المريخ و rsquo ، هو تقريبا كل ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، فإن كوكب الزهرة يحتوي على ما يقرب من 154000 مرة من ثاني أكسيد الكربون في غلافه الجوي مقارنة بالأرض (وحوالي 19000 مرة أكثر من المريخ) ، مما ينتج عنه تأثير الاحتباس الحراري ودرجة حرارة سطح ساخنة بدرجة كافية لإذابة الرصاص. يحدث تأثير الدفيئة الجامح عندما يستمر الغلاف الجوي للكوكب و rsquos ودرجة حرارة السطح في الزيادة حتى يصبح السطح ساخنًا جدًا لدرجة أن المحيطات تغلي بعيدًا. المزيد عن تأثير الاحتباس الحراري و rsaquo

4. كوكب المشتري من المحتمل أن تحتوي على ثلاث طبقات سحابة مميزة (تتكون من الأمونيا وهيدروسلفيد الأمونيوم والماء) في & quotskies & quot ، والتي ، مجتمعة ، تمتد على ارتفاع يصل إلى حوالي 44 ميلاً (71 كيلومترًا). دوران الكوكب & # 39s السريع و mdashspinning مرة واحدة كل 10 ساعات و [مدش] يخلق تيارات نفاثة قوية ، ويفصل غيومه إلى أحزمة داكنة ومناطق مشرقة تلتف حول محيط الكوكب. المزيد عن كوكب المشتري و rsaquo

5. زحل و rsquos الغلاف الجوي و mdash حيث أنهت المركبة الفضائية ناسا ورسكووس كاسيني 13 عامًا غير عادي من استكشاف الكوكب و mdash لديها بعض الميزات غير العادية. رياحها هي من بين الأسرع في المجموعة الشمسية ، حيث تصل سرعتها إلى 1118 ميلاً (1800 كيلومتر) في الساعة. قد يكون كوكب زحل هو الكوكب الوحيد في نظامنا الشمسي الذي يحتوي على دوامة قطبية دافئة (كتلة من الغاز الجوي الملتف حول القطب) في القطبين الشمالي والجنوبي. أيضًا ، تحتوي الدوامات على & ldquoeye-wall clouds & rdquo مما يجعلها أنظمة شبيهة بالأعاصير مثل تلك الموجودة على الأرض.

ميزة أخرى مدهشة بشكل فريد هي تيار نفاث سداسي الشكل يحيط بالقطب الشمالي. بالإضافة إلى ذلك ، كل 20 إلى 30 سنة أرضية تقريبًا ، يستضيف زحل عاصفة عملاقة (عاصفة كبيرة يمكن أن تستمر عدة أشهر). المزيد عن زحل و rsaquo

6. أورانوس يحصل على اللون الأزرق والأخضر المميز من غاز الميثان البارد في الغلاف الجوي ونقص السحب العالية. تبلغ درجة حرارة الكوكب و rsquos الدنيا 49 كلفن (ناقص 224.2 درجة مئوية) ، مما يجعلها أكثر برودة من نبتون في بعض الأماكن. رياحه تتحرك للخلف عند خط الاستواء ، تهب عكس الكوكب ودوران rsquos. أقرب إلى القطبين ، تتحول الرياح إلى الأمام وتتدفق مع دوران الكوكب و rsquos. المزيد عن أورانوس و rsaquo

7. نبتون هو الكوكب الأكثر رياحًا في نظامنا الشمسي. على الرغم من المسافة الكبيرة ومدخلات الطاقة المنخفضة من الشمس ، تتجاوز سرعات الرياح في نبتون 1200 ميل في الساعة (2000 كيلومتر في الساعة) ، مما يجعلها أقوى بثلاث مرات من كوكب المشتري ورسكووس وتسع مرات أقوى من الأرض ورسكووس. ضربت أقوى رياح الأرض حتى حوالي 250 ميلاً في الساعة (400 كيلومتر في الساعة). أيضًا ، يكون جو Neptune & rsquos باللون الأزرق لنفس أسباب جو أورانوس و rsquo. المزيد عن نبتون و rsaquo

8. WASP-39b، كوكب خارجي ساخن ، منتفخ ، يشبه زحل (كوكب خارج نظامنا الشمسي) يبعد حوالي 700 سنة ضوئية ، يبدو أنه يحتوي على الكثير من الماء في غلافه الجوي. في الواقع ، يقدر العلماء أنه يحتوي على حوالي ثلاثة أضعاف كمية الماء الموجودة في كوكب زحل. المزيد عن هذا الكوكب خارج المجموعة الشمسية و rsaquo

9. توقعات الطقس على ldquo وكواكب المشتري الساخنة& rdquo و mdashblistering ، الكواكب الخارجية الشبيهة بالمشتري والتي تدور بالقرب جدًا من نجومها و mdashmight تذكر الليالي الملبدة بالغيوم والأيام المشمسة ، مع ارتفاعات تصل إلى 2400 درجة فهرنهايت (حوالي 1300 درجة مئوية ، أو 1600 كلفن). يعتمد تكوين السحب على درجة حرارتها ، وتشير الدراسات إلى أن السحب غير موزعة بالتساوي. المزيد عن هذه الكواكب الخارجية و rsaquo

10. 55 كانكري إي، a & ldquosuper Earth & rdquo خارج المجموعة الشمسية (كوكب خارج نظامنا الشمسي بقطر بين الأرض و rsquos و Neptune & rsquos) يمكن تغطيته بالحمم البركانية ، من المحتمل أن يحتوي على غلاف جوي يحتوي على النيتروجين والماء وحتى الأكسجين وجزيئات ndash الموجودة في غلافنا الجوي و ndashbut مع درجات حرارة أعلى بكثير في جميع أنحاء. نظرًا لأن الكوكب يدور بالقرب من نجمه المضيف ، فلن يتمكن من الحفاظ على الماء السائل ومن المحتمل ألا يكون قادرًا على دعم الحياة. المزيد عن هذا الكوكب خارج المجموعة الشمسية و rsaquo


تركيزات الأوزون وتدفق الأشعة فوق البنفسجية على كواكب شبيهة بالأرض حول نجوم أخرى

تم إجراء نمذجة كيميائية إشعاعية / كيميائية ضوئية مزدوجة للكواكب الشبيهة بالأرض التي تدور حول أنواع مختلفة من النجوم (الشمس مثل G2V و F2V و K2V star). تمت محاكاة تركيزات O (2) بين 1 و 10 (-5) أضعاف مستوى الغلاف الجوي الحالي (PAL). تم استخدام النتائج لحساب الأطياف المرئية / القريبة من الأشعة تحت الحمراء والأشعة تحت الحمراء الحرارية ، جنبًا إلى جنب مع تدفقات الأشعة فوق البنفسجية السطحية ومعدلات الجرعة النسبية للحمامي وتلف الحمض النووي. بالنسبة للاستبانة والحساسية الطيفية المخطط لها حاليًا للجيل الأول من مهام الكشف عن الكواكب الأرضية وتوصيفها ، نجد أن O (2) يجب أن يكون مرئيًا عن بُعد في الأجواء التي تحتوي على 10 (-2) PAL من O (2) على الأقل . يجب أن يكون O (3) مرئيًا في الأشعة تحت الحمراء الحرارية للأجواء التي تحتوي على 10 (-3) PAL من O (2) على الأقل. لا يُتوقع أن يكون CH (4) قابلاً للرصد في 1 PAL O (2) أجواء مثل الغلاف الجوي للأرض الحديثة ، ولكن يمكن ملاحظتها في الأطوال الموجية الحرارية للأشعة تحت الحمراء في أجواء "من النوع البروتيروزويك المتوسط" تحتوي على ما يقرب من 10 (-1) PAL of O (2). وبالتالي ، فإن الاكتشاف المتزامن لكل من O (3) و CH (4) - الذي يعتبر مؤشرًا موثوقًا للحياة - يقع ضمن نطاق الإمكانية. الكواكب ذات الأكسجين العالي (2) التي تدور حول نجوم K2V و F2V كلاهما محمي بشكل أفضل من الأشعة فوق البنفسجية السطحية من الأرض الحديثة. بالنسبة لحالة F2V ، فإن لمعان الأشعة فوق البنفسجية الجوهري العالي للنجم أكثر من تعويضه بواسطة طبقة الأوزون الأكثر سمكًا. عند مستويات O (2) أقل من 10 (-2) PAL تقريبًا ، تخضع الكواكب الموجودة حول جميع الأنواع الثلاثة من النجوم لتدفقات عالية من الأشعة فوق البنفسجية ، حيث يُظهر كوكب F2V بيئة الإشعاع الأكثر خطورة من الناحية البيولوجية. وهكذا ، في حين أن الحياة المتقدمة ممكنة من الناحية النظرية على الكواكب ذات الأكسجين المرتفع (2) حول النجوم F ، فليس من الواضح أنها ستتطور كما حدث على الأرض.


الكواكب ذات الغلاف الجوي القابل للتنفس

هذا الخيط بسيط ، ما عليك سوى نشر كواكب أو أقمار لها أجواء تبدو قابلة للتنفس.

الكواكب ذات الغلاف الجوي القابل للتنفس

نعم ، هذه أشياء ممتعة للبحث عنها ، ومن الصعب جدًا العثور عليها. كان لدينا موضوع في المنتدى القديم مع بعض المعلومات الجيدة عن حدود البقاء. سأقوم بنسخ بعض من ذلك أدناه.

الحيلة لمعرفة ما إذا كان الهواء قابل للتنفس أم لا هو التحقق من العمود الثاني في علامة تبويب info & gt الغلاف الجوي ، والتي تعرض ضغط جزئي من هذا الغاز. الضغط الجزئي يعني مقدار الضغط السطحي الكلي الناتج عن هذا الغاز المعين. على سبيل المثال ، إذا كان الضغط الإجمالي 2 ضغط جوي ، والتكوين هو 90٪ أكسجين و 10٪ ثاني أكسيد الكربون ، فإن الضغط الجزئي للأكسجين يكون 1.8 ضغطًا جويًا ، والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون هو 0.2 ضغط جوي.

يمكننا التعامل مع ضغط جزئي لـ O2 بين 0.1 و 0.6 ضغط جوي.
بالنسبة لثاني أكسيد الكربون ، نحتاج إلى أقل من 0.05 صراف آلي.
يجب أن يكون SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) أقل من 10 -6. (صغير جدًا!)
ويبلغ الحد الأقصى لـ H2S (كبريتيد الهيدروجين) حوالي 10 -4.

كل هذه لها حدود غامضة حيث يمكنك البقاء على قيد الحياة لفترة قصيرة على الأقل:

لسوء الحظ ، هذا يعني أن الهواء على كوكبك غير قابل للتنفس. انها في الواقع كثير جدا الأكسجين ، والكثير من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. (يكون ثاني أكسيد الكبريت دائمًا مرتفعًا جدًا مع توليد الغلاف الجوي الحالي - من الصعب للغاية العثور على كواكب حيث تقل عن 10 -6.)

كان هذا أول كوكب يتم العثور عليه بهواء قابل للتنفس. على الرغم من ذلك جدا البرد:

وقد وجد العديد من الأشخاص كواكب قريبة جدًا ، أو حيث الهواء قابل للتنفس باستثناء ثاني أكسيد الكبريت. يمكننا أن نتخيل أنها صالحة للسكن مع مجرد جهاز تنفس للتعامل مع المكون السام.

تمت الإضافة: تم العثور على عدد قليل من الأجواء القابلة للتنفس ، بما في ذلك الأرض المعتدلة بواسطة Gnargenox!


أبرد كوكب

نبتون ، أبرد كوكب في النظام الشمسي. رصيد الصورة: فاديم سادوفسكي / Shutterstock.com

أبرد كوكب في نظامنا الشمسي هو نبتون. باعتباره الكوكب الأبعد عن الشمس ، يتلقى نبتون القليل من الدفء من الأشعة الشمسية. على هذا النحو ، فإن متوسط ​​درجة الحرارة فيه منخفض للغاية ، ويستقر عند سالب 331 درجة فهرنهايت ، ويتكون بشكل كبير من الجليد والمواد المجمدة. نبتون بعيد جدًا عن الشمس ، على مسافة 2.8 مليار ميل تقريبًا ، وهو الكوكب الوحيد الذي لا يمكن رؤيته بالعين البشرية وحدها. إنه كوكب متقلب ، مع دوران سريع من 16 ساعة إلى يوم أرضي واحد ، وله رياح عاصفة شديدة تخترق غلافه الجوي الغازي. بسبب هذا ، ودرجات الحرارة المتجمدة ، لا يستطيع نبتون أن يحافظ على الحياة كما نعرفها.


تكوين الغلاف الجوي

عندما ينعكس ضوء الشمس من أجواء الكواكب العملاقة ، تترك غازات الغلاف الجوي & # 8220 بصمات أصابع & # 8221 في طيف الضوء. بدأت الملاحظات الطيفية لكواكب المشتري في القرن التاسع عشر ، لكن لفترة طويلة ، لم يتمكن علماء الفلك من تفسير الأطياف التي لاحظوها. حتى أواخر الثلاثينيات من القرن الماضي ، ظلت أبرز الملامح المصورة في هذه الأطياف مجهولة الهوية. ثم كشفت أطياف أفضل عن وجود جزيئات الميثان (CH4) والأمونيا (NH3) في أجواء كوكب المشتري وزحل.

في البداية اعتقد علماء الفلك أن الميثان والأمونيا قد يكونان المكونين الرئيسيين لهذه الأغلفة الجوية ، لكننا نعلم الآن أن الهيدروجين والهيليوم هما الغازان السائدان. نشأ الارتباك لأنه لا الهيدروجين ولا الهليوم يمتلكان بسهولة ميزات طيفية يمكن اكتشافها في الطيف المرئي. لم يتم العثور على وفرة موثوقة للهيليوم المراوغ حتى قامت المركبة الفضائية فوييجر بقياس أطياف الأشعة تحت الحمراء البعيدة لكوكب المشتري وزحل.

تتشابه تكوينات الغلافين الجويين بشكل عام ، باستثناء أنه يوجد على زحل نسبة أقل من الهيليوم نتيجة ترسيب الهيليوم الذي يساهم في مصدر الطاقة الداخلية لزحل. تم إجراء قياسات التركيب الأكثر دقة على كوكب المشتري بواسطة مسبار غاليليو في عام 1995 نتيجة لذلك ، فنحن نعرف وفرة بعض العناصر في جو جوفيان أفضل مما نعرفه في الشمس.

جيمس فان ألين: عدة كواكب تحت حزامه

مهنة الفيزيائي جيمس فان ألين امتد ولادة ونمو عصر الفضاء ، ولعب دورًا رئيسيًا في تطوره. وُلِد فان ألين في ولاية أيوا عام 1914 ، وحصل على درجة الدكتوراه من جامعة أيوا. ثم عمل في العديد من المؤسسات البحثية وخدم في البحرية خلال الحرب العالمية الثانية.

الشكل 1: جيمس فان ألين (1914-2006). في هذه الصورة التي تعود إلى خمسينيات القرن الماضي ، يحمل فان ألين & # 8220rockoon. & # 8221 (الائتمان: تعديل العمل بواسطة مجموعة فريدريك دبليو كينت ، أرشيفات جامعة أيوا)

بعد الحرب ، تم تعيين Van Allen (الشكل 1) أستاذًا للفيزياء في جامعة أيوا. بدأ هو ومعاونوه في استخدام الصواريخ لاستكشاف الإشعاع الكوني في الغلاف الجوي الخارجي للأرض. للوصول إلى ارتفاعات عالية للغاية ، صمم Van Allen تقنية يرفع فيها بالون ثم يطلق صاروخًا صغيرًا (يطلق على الصاروخ & # 8220the rockoon & # 8221).

على العشاء في إحدى الليالي في عام 1950 ، جاء فان ألين والعديد من الزملاء بفكرة السنة الجيوفيزيائية الدولية (IGY) ، وهي فرصة للعلماء في جميع أنحاء العالم لتنسيق تحقيقاتهم في فيزياء الأرض ، وخاصة الأبحاث التي أجريت على ارتفاعات عالية. في عام 1955 ، التزم كل من الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي بإطلاق قمر صناعي يدور حول الأرض خلال IGY ، وهي مسابقة بدأت ما أصبح يعرف باسم سباق الفضاء. تم عقد IGY (امتدت إلى 18 شهرًا) بين يوليو 1957 وديسمبر 1958.

فاز الاتحاد السوفيتي بالدورة الأولى من السباق بإطلاق سبوتنيك 1 في أكتوبر 1957. حثت حكومة الولايات المتحدة علماءها ومهندسيها على بذل جهود أكبر للحصول على شيء ما في الفضاء للحفاظ على هيبة البلاد. ومع ذلك ، واجه برنامج القمر الصناعي الأمريكي ، فانجارد ، صعوبات: كل من عمليات الإطلاق المبكرة تحطمت أو انفجرت. في الوقت نفسه ، كان فريق ثان من مهندسي الصواريخ والعلماء يعملون بهدوء على مركبة إطلاق عسكرية تسمى Jupiter-C. قاد Van Allen تصميم الأدوات على متن قمر صناعي صغير ستحمله هذه السيارة. في 31 يناير 1958 ، أصبح مستكشف 1 من Van Allen أول قمر صناعي أمريكي في الفضاء.

على عكس سبوتنيك ، تم تجهيز إكسبلورر 1 لإجراء قياسات علمية للجسيمات المشحونة عالية الطاقة فوق الغلاف الجوي. اكتشف فان ألين وفريقه حزامًا من الجسيمات عالية الشحنة يحيط بالأرض ، وهذه الأحزمة تحمل اسمه الآن. جعل هذا الاكتشاف العلمي الأول لبرنامج الفضاء اسم فان ألين معروفًا في جميع أنحاء العالم.

واصل فان ألين وزملاؤه قياس البيئة المغناطيسية والجسيمية حول الكواكب بمركبات فضائية متطورة بشكل متزايد ، بما في ذلك بايونيرز 10 و 11 ، اللذان أجروا مسوحات استكشافية لبيئات كوكب المشتري وزحل. يشير بعض العلماء إلى مناطق الجسيمات المشحونة حول تلك الكواكب على أنها حزام فان ألينق كذلك. (ذات مرة ، عندما كان فان ألين يلقي محاضرة في جامعة أريزونا ، سأله طلاب الدراسات العليا في علوم الكواكب عما إذا كان سيترك حزامه في المدرسة. وهو الآن معروض بفخر باعتباره حزام الجامعة & # 8220 فان ألين. & # 8221)

كان فان ألين مؤيدًا قويًا لعلوم الفضاء ومتحدثًا بارزًا بليغًا للمجتمع العلمي الأمريكي ، وحذر ناسا من وضع كل جهودها في رحلات الفضاء البشرية ، ولكن أيضًا لاستخدام المركبات الفضائية الروبوتية كأدوات منتجة لاستكشاف الفضاء.


2 إجابات 2

ترتبط "الصيغة" التي تحتاجها أساسًا بما نسميه الضغط الجزئي. من حيث قدرة الإنسان على البقاء على قيد الحياة ، هذا هو "الإجراء" الأساسي الذي تحتاج إلى مراعاته عند التخطيط للغلاف الجوي الخاص بك.

يمثل O2 عند مستوى سطح البحر حوالي 0.21 بار ضغط (يمثل ضغط 1 بار ، يمثل O2 21٪ من هذا المزيج). الحد الأدنى الذي يمكن للبشر التعامل معه بأمان هو حوالي 0.16 بار ، وأي أعلى من 0.30 بار على مدى فترات طويلة سيؤدي إلى مشاكل في البيولوجيا البشرية.

SO - إذا كان كوكبك يحتوي على جو منخفض الضغط ، فإن جو O2 النقي يكون جيدًا. هذا هو السبب في أن مهمات أبولو يمكن أن تحدث بأمان في بيئة أكسجين نقي ، حيث لم يتم ضغط كابينة المركبة الفضائية حتى مستوى سطح البحر. قاموا بضغطهم إلى حوالي 0.3 ATM (0.3 بار) بحيث لم يكن فرق الضغط بين داخل السفينة وفراغ الفضاء كبيرًا جدًا ، مما يعني أنهم لم يكونوا بحاجة إلى أن يكونوا قويين (يُقرأ على أنه ثقيل).

بالطبع ، لن يكون الغلاف الجوي الطبيعي الخاص بك هو O2 النقي ، وإذا كان الأمر كذلك ، فأنت لا تريد أن تعيش هناك على أي حال لأنه يعني أنه لا يوجد شيء يستهلك O2 ، مما يعني على الأرجح أنه لا يوجد شيء هناك لإنتاجه أيضًا. بالتأكيد سيناريو "أحضر نباتاتك الخاصة".

مع زيادة الضغط ، يجب أيضًا أن تكون الغازات الخاملة (أو على الأقل ضعيفة التفاعل). على الأرض ، هذا هو النيتروجين. إنه ليس خاملًا ، لكنه لا يتفاعل مع أنظمتنا عند ضغوط مستوى سطح البحر. مع زيادة الضغط ، يصبح النيتروجين مخدرًا عند الضغوط الجزئية العالية (يعرف الغواصون كل شيء عن هذا) مما يعني أنه لا يمكنك استخدامه لتخفيف O2 إذا كان ضغطك أعلى بكثير من ضغط الأرض.

يقوم الغواصون في أعماق البحار بخلط الغازات الخاملة الأخرى في مزيج التنفس الخاص بهم لتلبية ذلك عند التوغل في أعماق حيث يكون الهواء الذي يتنفسونه تحت ضغط كبير.

هذا يترك فقط غازات سامة. لا يمكن أن يتواجد ثاني أكسيد الكربون والكلور وغيرهما بأكثر من الكميات النزرة لكي يعمل البشر بشكل طبيعي. من الأفضل استبعادهم قدر الإمكان.

ومع كل ما قيل ، فإن معادلتك (بناءً على الضغط الجوي) تبدو هكذا.

0.16 إلى 0.3 بار أكسجين (ضروري)
0.30 إلى 0.8 بار نيتروجين (اختياري)

غازات خاملة حسب الذوق (تصل إلى حد الضغط الذي يجعل من الصعب على البشر أداء وظائفهم ، مهما كان ذلك)

كميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون والكلور وما إلى ذلك (يفضل عدم وجود حدود قصوى)

بالعمل على هذه الصيغة ، يمكنك بشكل أساسي مزج ومطابقة جو مثالي من خلال تحديد الضغط الجوي أولاً ، وإضافة O2 الخاص بك ثم إضافة غازات أخرى وفقًا للنسب المذكورة أعلاه لتناسب ذوقك حتى يتم الوصول إلى ضغطك.

لذلك دعونا نلقي نظرة على بعض المتطلبات المنفصلة:

ضغط: لحسن الحظ بالنسبة لنا نحن البشر نذهب بانتظام إلى بيئات شديدة الضغط لأغراض ترفيهية ومهنية أنا أتحدث بالطبع عن الغوص وتسلق الجبال. بالنسبة إلى الحد الأدنى ، سأأخذ أعلى سكن بشري للأرض عند 6000 متر أو حوالي 0.8 من الغلاف الجوي ، وبالنسبة لحدودنا العليا ، سأأخذ عمق الغوص المنخفض البالغ 30 مترًا حيث كانت مجموعات تخدير النيتروجين التي تتكون من 4 أجواء تقريبًا ، ضع في اعتبارك هذه القيم سوف تختلف تبعا لتكوين الغلاف الجوي الخاص بك.

الأكسجين: من أجل هذا بكل بساطة ، سأعتبر المستويات المقبولة لـ OSHA والتي تتراوح بين 19.5٪ و 23.5٪ تركيز الأكسجين على أنها "آمنة". على الرغم من أن المهم هنا هو الضغط الجزئي للأكسجين ، فأنت في الواقع تريد 0.195-0.235 جوًا من الأكسجين. هذا يعني أنه إذا كان الغلاف الجوي الخاص بك عند 3 أجواء من الضغط ، فأنت تريد أن يتكون من حوالي 7 في المائة من الأكسجين (إعطاء أو أخذ).

ما هو "الآخر"؟: هذه النسبة النهائية تعتمد بشكل كبير على ماهية الأشياء الأخرى في الواقع. الأرجون على سبيل المثال يمكن أن تصل إلى 50٪ لأنه خامل بينما الكلور لا يجب أن يسجل كنسبة مئوية. ولكن باختصار ، طالما أن "الآخر" غير سام في التركيز الذي هو عليه ، يمكن أن يكون مرتفعًا كما يحلو له

N2؟: لا يجب أن تحتاج في الواقع إلى هذا القدر من النيتروجين لكي تكون صادقًا تمامًا. يكاد يكون البشر خاملون تمامًا لا يحتاجون إليه. استخدم برنامج الفضاء الروسي في البداية جوًا خاليًا من النيتروجين ، وذلك ببساطة لأنه كان من الأرخص حمله إلى الفضاء. ومع ذلك ، فإن النباتات تحتاج إلى النيتروجين والبشر بحاجة إلى نباتات ، لذا لا يُنصح بالغياب التام للاحتفاظ بنسبة قليلة منه.

يحرر مدة الأقامة: من الجدير بالذكر أن هذا سيختلف وفقًا لتعريفك "البقاء على قيد الحياة" و "الإنسان" ، يمكنك دفع الحدود أكثر قليلاً للإقامات القصيرة أو الإقامة متعددة الأجيال إذا كنت على استعداد للسماح للبشر بالتكيف مع جوك الجديد. إذا كنت تحسب إنسانًا آليًا وتشكيلًا حيويًا ، فيمكنك تغيير إجابتك إلى "كل شيء"

من المحتمل أن يكون هذا أيضًا خاطئًا إلى حد ما ، وغني عن القول ، لا أحد يرغب في إجراء اختبارات مكثفة على الغلاف الجوي الذي سيكون ضارًا بسكن الإنسان على المدى الطويل ، لذا خذ تقديراتي بحبوب ملح كبيرة.


مجالات موضوع ASJC Scopus

  • APA
  • معيار
  • هارفارد
  • فانكوفر
  • مؤلف
  • BIBTEX
  • RIS

في: مجلة الفيزياء الفلكية ، المجلد. 899 ، رقم 1 ، 54 ، 10.08.2020.

مخرجات البحث: المساهمة في المجلة ›المقال› مراجعة الأقران

T1 - الأجواء الأولية الديناميكية حول الكواكب منخفضة الكتلة ذات المدارات اللامركزية

AU - مارلو ، غابرييل دومينيك

N2 - الكواكب الأولية قادرة على تجميع أجواء بدائية عند دمجها في قرص الكواكب الأولية الغازية. يخضع تكوين وبنية الغلاف الجوي الأولي لبيئة قرص الكوكب والتأثيرات المدارية. على وجه الخصوص ، عندما تكون الكواكب في مدارات غير مركزية ، يمكن أن تتجاوز سرعاتها بالنسبة إلى الغاز سرعة الصوت. تولد الكواكب صدمات القوس تجريد الغلاف الجوي. نحن نبحث في الغلاف الجوي البدائي على الكواكب منخفضة الكتلة ذات المدارات اللامتراكزة مع محاكاة الإشعاع الهيدروديناميكي. تم إنشاء نموذج إشعاعي ثنائي الأبعاد للغلاف الجوي الأولي مع عتامة مجدولة للغاز والغبار. تكشف الحلول عن إعادة تدوير الغاز على نطاق واسع داخل هيكل صدمة القوس. عادة ما تكون الأغلفة الجوية على الكواكب اللامتراكزة أقل من ثلاث إلى أربع مراتب من حيث الحجم من تلك الموجودة على الكواكب ذات المدارات الدائرية. بشكل عام ، فإن البيئة الأسرع من الصوت مواتية للكواكب للحفاظ على جو مستقر مبكرًا ، بدلاً من كونها ضارة ، بسبب الإمداد الثابت للغاز من خلال تدفق إعادة التدوير. نحن أيضًا نستكشف كميًا كيف تتأثر هذه الأغلفة الجوية بسرعة الكوكب بالنسبة للغاز ، وكتلة الكوكب ، وكثافة الغاز في الخلفية. تتبع عمليات المحاكاة المعتمدة على الوقت التطور المداري للغلاف الجوي الأولي مع تغير معلمات قرص الكوكب في جميع أنحاء المدار. تُظهر خصائص الغلاف الجوي أنماطًا متذبذبة أثناء انتقال الكوكب في مدار غريب الأطوار ، مع تأخر في الطور. باختصار ، يمكن للكواكب اللامتراكزة منخفضة الكتلة أن تحتفظ بأغلفة جوية أولية صغيرة على الرغم من تأثيرات صدمات القوس. ترتبط الغلاف الجوي دائمًا بغاز القرص وتتفاعل معه. توفر هذه النتائج رؤى مهمة حول تأثيرات الهجرة والتشتت على الغلاف الجوي الأولي للكواكب.

AB - الكواكب الأولية قادرة على تجميع أجواء بدائية عند دمجها في قرص الكواكب الأولية الغازية. يخضع تكوين وبنية الغلاف الجوي الأولي لبيئة قرص الكوكب والتأثيرات المدارية. على وجه الخصوص ، عندما تكون الكواكب في مدارات غير مركزية ، يمكن أن تتجاوز سرعاتها بالنسبة إلى الغاز سرعة الصوت. تولد الكواكب صدمات القوس تجريد الغلاف الجوي. نحن نبحث في الغلاف الجوي البدائي على الكواكب منخفضة الكتلة ذات المدارات اللامتراكزة مع محاكاة الإشعاع الهيدروديناميكي. تم إنشاء نموذج إشعاعي ثنائي الأبعاد للغلاف الجوي الأولي مع عتامة مجدولة للغاز والغبار. تكشف الحلول عن إعادة تدوير الغاز على نطاق واسع داخل هيكل صدمة القوس. عادة ما تكون الأغلفة الجوية على الكواكب اللامتراكزة أقل من ثلاث إلى أربع مراتب من حيث الحجم من تلك الموجودة على الكواكب ذات المدارات الدائرية. بشكل عام ، فإن البيئة الأسرع من الصوت مواتية للكواكب للحفاظ على جو مستقر مبكرًا ، بدلاً من كونها ضارة ، بسبب الإمداد الثابت للغاز من خلال تدفق إعادة التدوير. نحن أيضًا نستكشف كميًا كيف تتأثر هذه الأغلفة الجوية بسرعة الكوكب بالنسبة للغاز ، وكتلة الكوكب ، وكثافة الغاز في الخلفية. تتبع عمليات المحاكاة المعتمدة على الوقت التطور المداري للغلاف الجوي الأولي مع تغير معلمات قرص الكوكب في جميع أنحاء المدار. تُظهر خصائص الغلاف الجوي أنماطًا متذبذبة أثناء انتقال الكوكب في مدار غريب الأطوار ، مع تأخر في الطور. باختصار ، يمكن للكواكب اللامتراكزة منخفضة الكتلة أن تحتفظ بأغلفة جوية أولية صغيرة على الرغم من تأثيرات صدمات القوس. ترتبط الغلاف الجوي دائمًا بغاز القرص وتتفاعل معه. توفر هذه النتائج رؤى مهمة حول تأثيرات الهجرة والتشتت على الغلاف الجوي الأولي للكواكب.


شاهد الفيديو: قمر صناعي يصور الارض مسطحه و الجدار الجليدي