Несмотря на то, что Меркурий является ближайшей планетой к Солнцу, температура Меркурия «всего лишь» достигает 800 °F в самом горячем состоянии. Венера всегда горячее, даже ночью.
Ключевые выводы
- Как самая внутренняя планета Солнечной системы, Меркурий получает больше всего солнечного излучения: почти в четыре раза больше, чем Венера.
- В самое жаркое время Меркурий достигает дневной температуры ~800 °F, а ночью опускается до более чем 100 градусов ниже нуля.
- Тем не менее, это не самое горячее; Температура Венеры всегда около 900 °F, даже ночью. Вот научное обоснование того, почему.
В великой схеме Солнечной системы величайшим источником энергии на сегодняшний день является Солнце. В то время как радиоактивность и гравитационное сжатие могут поставлять значительное количество энергии ядрам массивных планет, свет и тепло, излучаемые нашей родительской звездой, в значительной степени ответственны за температуру поверхности планеты. В отличном приближении Солнце поддерживает не только Землю, но и все планеты при температуре, значительно превышающей ту, которая была бы без него: всего несколько градусов по Кельвину. (Без внешнего источника тепла температура на большинстве планет уравновешивалась бы на уровне -270 °C / -455 °F.)
В течение дня планеты поглощают энергию Солнца, но и днем, и ночью они излучают энергию обратно в космос. Вот почему днем температура повышается, а ночью снижается, что в значительной степени верно для каждой планеты, имеющей как дневную, так и ночную стороны. Мы также ожидаем смены сезонов - прохладных и теплых времен - в зависимости от того, насколько эллиптична орбита планеты, и от наклона ее оси.
Точная модель того, как планеты вращаются вокруг Солнца, которое затем движется через галактику в другом направлении движения. Расстояние каждой планеты от Солнца определяет общее количество получаемой ею радиации и энергии, но это не единственный фактор, играющий роль в определении температуры планеты.
Но если бы различные параметры орбиты планеты были единственными факторами, определяющими температуру, то ближайшая к Солнцу планета неизбежно была бы самой горячей, и все они становились бы все холоднее по мере того, как мы удалялись все дальше и дальше..
Возможно, газовый гигант, достаточно большой, чтобы генерировать значительную долю собственного тепла, изменил бы этот порядок (если бы Юпитер и Нептун поменяли местами, это могло бы быть так), но в целом мы бы ожидать, что температура планеты упадет пропорционально ее расстоянию от Солнца. Мы можем проверить это ожидание, начав с самой внутренней планеты и продвигаясь наружу.
На изображении выше показана ортогональная проекция этой глобальной мозаики с центром в точках 0°N, 0°E. Лучистый кратер Дебюсси можно увидеть на дне земного шара, а пиково-кольцевую котловину Рахманинова можно увидеть на восточном краю. Меркурий является самой внутренней планетой Солнечной системы и был подробно нанесен на карту миссией MESSENGER НАСА.
Меркурий горячий. Если мы будем количественными, это на самом деле очень жарко! Будучи ближайшей к Солнцу планетой, она совершает полный оборот всего за 88 земных дней, достигая максимальной дневной температуры в колоссальные 700 кельвинов (427 °C / 800 °F) в своих самых жарких экваториальных местах. Меркурий вращается очень медленно, поэтому его ночная сторона последовательно долгое время проводит в темноте, экранированная от Солнца; в это время она опускается всего до 100 кельвинов (-173 ° C / -280 ° F). Эта низкая температура невероятно холодна и намного холоднее, чем любые известные естественные температуры здесь, на Земле. Это история ближайшей к Солнцу планеты: Меркурия.
А что насчет следующей: Венеры?
Это изображение Венеры предоставлено данными Mariner 10, а правое изображение показывает дополнительные детали, выявленные в результате дополнительной обработки изображения. Показанные здесь облака расположены примерно в 60 километрах (~37 миль) над поверхностью Венеры, где существуют земные давление и температура.
Венера в среднем примерно в два раза дальше от Солнца, чем Меркурий, и совершает оборот вокруг Солнца за 225 земных дней. Кроме того, он вращается еще медленнее, чем Меркурий, проводя более 100 земных дней подряд в солнечном свете, а затем столько же времени во тьме. И все же, когда вы измеряете температуру Венеры, вас ждет сюрприз: Венера имеет одинаковую температуру в любое время дня и ночи, в среднем 735 кельвинов (462 ° C / 863 ° F), что делает ее даже горячее, чем Меркурий!
Это странное явление не только озадачило астрономов, когда они впервые его обнаружили; это оскорбляло их! Венера была недостаточно велика, чтобы генерировать собственное тепло, и все же в венерианскую полночь было жарче, чем в меркурианский полдень. Это наблюдение требовало объяснения, и поэтому мы начали противопоставлять две самые внутренние планеты.
Система TRAPPIST-1 содержит наиболее похожие на земные планеты планеты из всех известных в настоящее время звездных систем, и показана шкала температур, эквивалентная нашей собственной Солнечной системе. Как видите, Меркурий и Венера различаются не только положением относительно так называемой Обитаемой зоны, но и размерами и другими внутренними свойствами.
Сравнивая эти два мира, можно выделить четыре существенных различия:
- Меркурий намного меньше Венеры,
- Меркурий примерно в два раза ближе к Солнцу, чем Венера,
- Меркурий обладает гораздо меньшей отражательной способностью, чем Венера, и
- У Меркурия нет атмосферы, а у Венеры очень плотная атмосфера.
Что касается поглощения и излучения тепла, оказывается, что размер не имеет большого значения. Планеты поглощают солнечный свет в зависимости от площади их поперечного сечения, пропорциональной квадрату их радиуса, и излучают его в точно такой же пропорции. Если бы Меркурий был в два раза больше его размера или Венера была бы вдвое меньше его размера, ни у одного из них не было бы заметного изменения температуры. Эта разница совершенно не имеет значения.
Чем дальше вы находитесь от источника яркости, тем меньше поток. Яркость обратно пропорциональна расстоянию, как показано здесь; объект, находящийся вдвое дальше другого, получает только четверть падающего потока и энергии.
Тот факт, что Венера находится почти в два раза дальше от Солнца, имеет большое значение. Любой объект, который находится в два раза дальше от Солнца, получает только одну четверть количества солнечной энергии на единицу площади, а это означает, что Меркурий должен получать примерно в четыре раза больше энергии на каждой части своей поверхности, чем Венера. По мере того как свет от Солнца распространяется в пространстве, более удаленный мир перехватывает все меньше и меньше его энергии. В этом большое преимущество Меркурия, который имеет почти в четыре раза больший поток на квадратный метр по сравнению с Венерой.
И тем не менее, Венера все еще горячее, что говорит нам о том, что с одной из двух других точек должно происходить что-то еще важное.
Отражательная способность объекта обычно измеряется с точки зрения альбедо, где альбедо 0,0 соответствует идеальному поглотителю, а 1,0 соответствует идеальному отражателю. Все планеты и луны имеют альбедо в пределах этого диапазона.
Степень отражения или поглощения объекта известна как его альбедо, которое происходит от латинского слова albus, означающего белый. Объект с альбедо (альбедо Бонда, для геофизиков) равным 0 является идеальным поглотителем, а объект с альбедо 1 - идеальным отражателем. В действительности, все физические объекты имеют альбедо от 0 до 1. Луна, например, кажется нам имеющей довольно высокое альбедо, с белым цветом как днем, так и ночью.
Луна и облака над Тихим океаном, сфотографированные Фрэнком Борманом и Джеймсом А. Ловеллом во время миссии Gemini 7. Несмотря на белый цвет Луны, на самом деле она поглощает гораздо больше света, чем отражает.
Не позволяйте белому внешнему виду Луны обмануть вас! Среднее альбедо Луны составляет всего около 0,12, что означает, что только 12% падающего на нее света отражается, а остальные 88% поглощаются. Чем ниже альбедо объекта, тем лучше он поглощает свет, а это означает, что чем выше альбедо, тем меньше солнечного света поглощается. Меркурий оказывается похожим на Луну с коэффициентом 0,119, в то время как альбедо Венеры является самым высоким среди всех планетарных тел в Солнечной системе - 0,90.
Таким образом, Меркурий не только получает в четыре раза больше энергии на единицу площади, но и поглощает почти в девять раз больше солнечного света, чем Венера!
Альбедо различных планет и спутников, а также объектов пояса Койпера в Солнечной системе. Венера обладает невероятной отражательной способностью для планеты: самой отражающей из всех.
Тем не менее, если бы вы видели две фотографии крупным планом недавних прохождений Меркурия (ниже, 2016 г.) и Венеры (ниже, 2012 г.), вы бы заметили, что Солнце кажется «кривым». вокруг Венеры, а на Меркурии такого эффекта нет.
Это из-за четвертого и очень важного различия между двумя мирами: у Меркурия нет атмосферы, а у Венеры есть очень существенная, которая примерно в 90 раз толще Земли.
Прохождение Венеры (вверху) и Меркурия (внизу) по краю Солнца. Обратите внимание, как атмосфера Венеры преломляет солнечный свет вокруг себя, в то время как отсутствие атмосферы Меркурия не показывает таких эффектов. НАСА/TRACE (внизу))
Видите ли, Меркурий и Венера не просто поглощают солнечный свет; затем каждая планета повторно излучает эту энергию в виде тепла обратно в космос. Для безвоздушного Меркурия все это тепло немедленно возвращается в космос.
Но на Венере все по-другому. Каждый квант инфракрасного излучения - переизлучаемого тепла - должен пройти через эту густую, густую атмосферу, что очень трудно.
Несколько слоев облаков на Венере отвечают за разные сигнатуры в разных диапазонах длин волн, но все они демонстрируют непротиворечивую картину «тепличной» планеты, на которой преобладает безудержный парниковый эффект.
Венера не только обладает атмосферой, во много раз превышающей по толщине земную, наполненной огромным количеством поглощающих инфракрасное излучение газов, таких как углекислый газ, но и окутана ужасно толстыми слоями облаков с высокой отражающей способностью. Эта сернокислотная дымка толщиной более 20 км окутывает планету со скоростью от 210 до 370 км/ч, улавливая большую часть излучаемого тепла и перенося его по всей планете.
Долгие ночи не дают спасения от жары, так как улавливающие и термальные эффекты облачных слоев поддерживают на поверхности Венеры негостеприимно высокую температуру, настолько высокую, что если сложить время работы каждого посадочного модуля, который когда-либо приземлялся на поверхность Венеры, в сумме это не составило бы даже половины земных суток.
В очень холодных полярных регионах Земли средняя температура намного ниже, чем на остальной части планеты: примерно -20 по Цельсию. Если бы не атмосфера Земли, эти регионы представляли бы среднюю температуру на Земле с огромными дневными и ночными колебаниями.
Но в правильных количествах удержание атмосферного тепла может быть лучшим, что когда-либо случалось с миром. Если бы не земная атмосфера, средняя температура на нашей планете составляла бы жалкие 255 градусов по Кельвину (-18 °C / -1 °F), или примерно равна температуре антарктического континента.
Эффект облаков и атмосферных газов, похожий на одеяло, поднимает климат нашей планеты в умеренную зону, где жизнь, как мы ее знаем, процветала так долго. Тем не менее, в начале истории Солнечной системы, с более холодным Солнцем и гораздо более тонкой атмосферой, температура Венеры, вероятно, была близка к сегодняшней Земле. Вероятно, у него был такой же потенциал для жизни и биологических процессов, но внезапная катастрофа создала постоянный ад, который населял наш родственный мир миллиарды лет.
На этом покадровом снимке полярного сияния над Землей в ночное время, когда Международная космическая станция летит над Землей, показана наша родственная планета Венера, поднимающаяся из-за горизонта. Эта анимация была создана астронавтом ЕКА Тимом Пиком.
Хотя Земле не грозит та же участь, Венера является одновременно и самым жарким миром в нашей Солнечной системе, и поучительной историей о неконтролируемом парниковом эффекте. По мере того, как мы начинаем лучше понимать процессы, которые определяют климат и температуру Земли, мы обязаны направить нашу планету в правильном направлении. Связь между Солнцем, атмосферой и судьбой планеты написана во всех мирах нашей Солнечной системы. Человечество должно усвоить эти уроки и решить, что делать дальше.
Итан в отпуске. Пожалуйста, наслаждайтесь этой старой статьей из архива Starts With A Bang!