Павел Астапенко - Вопросы о погоде

Спектральный анализ излучения Венеры показал, что ее атмосфера примерно на 95% состоит из углекислого газа. Оставшиеся 5% составляют нейтральные газы азот и аргон, и кислород, водяной пар, соляная и фтористая кислота, угарный газ. Атмосфера на Венере очень плотная, давление на поверхности планеты в 90 раз больше земного. По последним данным, облака, всегда закрывающие поверхность этой планеты, состоят из капель не серной, а соляной кислоты.

Венера во всех отношениях своеобразная планета, во многом не похожая на остальные. Вращается она очень медленно, так что сутки там в 117 раз продолжительнее земных (кстати, и направление вращения у нее противоположно направлению вращения остальных планет). Вследствие незначительной скорости вращения и небольшого наклона плоскости ее орбиты к плоскости экватора (менее 3°) на Венере практически нет сезонов и температура воздуха на экваторе и полюсах почти одна и та же (различия не превышают 2%). Волна солнечного нагрева перемещается вдоль солнечного экватора со скоростью 3 м/с.

Температура на освещаемой Солнцем стороне около 748 К. С высотой она убывает, достигая в тропопаузе, на высоте 58 км, примерно 281 К, то есть уже вполне земных значений. Во всей 58-километровой толще венерианской тропосферы происходит интенсивное перемешивание воздуха, связанное с бурными процессами конвекции.

По современным представлениям, важнейшим фактором теплообмена и перераспределения тепла между дневными и ночными участками поверхности Венеры является ветер: над подсолнечной (дневной) областью происходит вертикальный подъем воздуха и в нижнем слое атмосферы, вероятно, имеет место подток холодного воздуха из противосолнечной (ночной) области. На верхних уровнях наблюдается противотечение – отток теплого воздуха в противосолнечной области, где он опускается вниз к поверхности планеты, чтобы начать новый цикл движения к подсолнечной области. Ввиду малой скорости вращения Венеры мала и отклоняющая сила вращения, и потому она не оказывает заметного влияния на циркуляцию, которая при этом должна быть симметричной относительно экватора. Ветры на Венере в среднем должны быть примерно в два раза слабее, чем на Земле, то есть всего 5-6 м/с, или 20 км/ч; разность давления между дневной и ночной сторонами планеты составляет в среднем около 28 гПа. Однако благодаря большой плотности венерианской атмосферы ветровое давление там в 10-15 раз превышает земное. Как мы уже говорили, для атмосферы Венеры характерно интенсивное вертикальное движение воздуха. С высотой скорости ветра возрастают, достигая на верхней границе облачного слоя 200 км/ч.

Нам трудно представить себе внешний вид облаков на Венере. Есть основания полагать, что облачный покров имеет мощность несколько десятков километров, начинаясь на высоте около 50 км над поверхностью планеты. Состоят облака из капель соляной кислоты. Они могут, покрывая планету сплошным слоем, иметь отдельные участки хорошо выраженной конвекции, наподобие известных на Земле районов развития кучево-дождевых облаков в массе слоистообразной облачности фронтальной природы.

Вертикальные токи конвективных движений внутри облачного покрова, по расчетам, должны иметь скорость около 1-2 м/с, а предельные значения скорости турбулентного потока могут достигать 10 м/с.

Можно предположить, что атмосфера Венеры, как и ряда других планет, в том числе Меркурия, Земли и Марса, образовалась в результате дегазации твердой оболочки этой планеты. Однако, поскольку условия на этой планете оказались неблагоприятными для развития растительности и существования фотосинтезирующих микроорганизмов, процессы фотосинтеза не получили на Венере развития, что и обусловило отсутствие кислорода, хотя там достаточно исходного материала (в частности, углекислого газа) для его образования.

Атмосфера Юпитера состоит из легких газов – водорода и гелия. В незначительном количестве там обнаружены метан и аммиак. Последний, возможно, как предполагают некоторые исследователи, существует на этой планете еще в кристаллическом и в жидком виде (из аммиачных кристаллов и капель могут формироваться облака).

Все перечисленные газы содержатся в верхнем слое атмосферы Юпитера, то есть выше облаков, которые окутывают планету очень мощным слоем, толщиной примерно 1000 км. В нижнем слое атмосферы, вероятно, содержатся более тяжелые газы и вода, а также и аммиак. В целом плотность атмосферы Юпитера не очень велика, атмосферное давление на поверхности составляет 1,3 земного.

Как предполагают ученые, это капельно-жидкая облачность, состоящая из водного раствора аммиака, а возможно, и соляной кислоты. Нижняя граница ее предположительно находится на высоте нескольких десятков километров над поверхностью планеты, верхняя – на высоте около 1000 км. Некоторые ученые допускают возможность существования нескольких слоев облачности на Юпитере, в том числе слоя из кристаллического аммиака. Облачные поля на этой планете неустойчивы, наблюдаются они в виде нескольких полос вдоль кругов широты, их конфигурация изменяется иногда очень быстро.

Более или менее определенно можно судить лишь о температуре на поверхности облачного слоя планеты, которая оценивается в 130-150 К. Значительно труднее оценить температурный режим в нижнем слое атмосферы, под облаками. По некоторым расчетам, температура в подоблачном слое на Юпитере составляет около 400 К.

Юпитер – планета с высокой скоростью вращения, и ввиду большой мощности облачного покрова циркуляция его атмосферы определяется не солнечным нагревом поверхности планеты, а действием внутренних сил гравитации. Судя по направленности облачных полос параллельно экватору, циркуляция носит четко выраженный зональный характер. Одной из особенностей циркуляции являются резкие скачкообразные изменения ее скорости вдоль меридиана, достигающие 1 км/с на 3° широты.

Об атмосферных условиях на планетах-гигантах, к которым, кроме Юпитера, относятся Сатурн, Уран и Нептун, известно немного. Обладая большой массой и большой скоростью вращения, они сохраняют в своих атмосферах легкие газы. На всех указанных планетах есть водород и метан. Атмосфера есть даже на некоторых из их спутников. Будучи сильно удаленными от Солнца, эти планеты получают ничтожное количество солнечного тепла. Сатурн, Уран и Нептун известны как планеты с низкотемпературным излучением.

Солнечный ветер – не метеорологическое понятие, а астрофизическое. Это постоянное радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. Солнечный ветер уносит избыточную энергию солнечной короны, остающуюся после потери энергии на излучение. Температура плазмы у «истоков» солнечного ветра, на солнечной короне, около 2 • 106 К, по мере удаления от Солнца она сперва возрастает, составляя 107 К, а затем уменьшается, достигая у земной орбиты 104 К, а при вспышках солнечной активности становится на порядок выше, то есть 105 К. Радиальная скорость частиц солнечного ветра на удалении в несколько радиусов Солнца составляет 100-150 км/с, а у орбиты Земли она может быть от 300 до 750 км/с. Плотность потока частиц соответственно убывает, она обратно пропорциональна квадрату расстояния от Солнца. На удалении примерно десяти земных радиусов от нашей планеты под влиянием магнитного поля Земли солнечный ветер как бы обтекает земную магнитосферу, оказывая влияние на ее состояние при колебаниях интенсивности потока частиц, составляющих солнечный ветер. Вариации интенсивности солнечного ветра являются причиной магнитных бурь, полярных сияний и других проявлений возмущения магнитного поля Земли.

Это потоки частиц, излучаемые звездами. Американский космический аппарат «Вояджер-2» в июле 1979 года зафиксировал в пределах солнечной системы, на расстоянии 20 млн. км от планеты Юпитер, излучение потока частиц со скоростью, превышающей 5 млн. км/ч (более 1388 км/с), которое американскими учеными университета Джона Гопкинса было названо космическим ветром. О достижении планеты Юпитер потоками частиц космического ветра было известно и ранее по результатам исследований советских и зарубежных астрофизиков.