Atmosfera lui Saturn
| Atmosfera lui Saturn | |
 Norii lui Saturn luați de Cassini. | |
| Informații generale | |
|---|---|
| Compoziția volumetrică | |
| Hidrogen | 96% |
| Heliu | 3,25% |
| Metan | 0,3% |
| Vapori de apă | 0,1% |
| Amoniac | 0,01% |
| Etan | 0,0005% |
| Hidrura de fosfor | 0,0001% |
| gheata | 0,0001% |
Atmosfera Saturn este compus în principal din hidrogen și heliu și , prin urmare , are similitudini nu numai de compoziție, dar structura cu celelalte trei planete gigantice ale sistemului solar ( gazul gigant Jupiter , categorie în care o parte Saturn , iar cei doi giganților de gheață Uranus și Neptun ).
Compoziţie
Hidrogenul care formează atmosfera se transformă încet în lichid cu adâncimea și presiunea crescândă. Sub hidrogen este heliu lichid, care este mai greu.
La 19 iulie 2018, Uniunea Astronomică Internațională a anunțat, în circularul electronic 4535, prima detectare a cianurii de hidrogen (HCN) în atmosfera lui Saturn. Această detectare a fost făcută de T. Fouchet, R. Moreno, T. Cavalie, E. Lellouch, S. Guerlet, A. Spiga și A. Mullet. Mai exact, au detectat linia HCN (4-3) la 354,5 GHz datorită observațiilor efectuate cu ALMA pe 25 mai 2018.
Abundențe relative
Analiza spectrului infraroșu al atmosferei lui Saturn arată că raportul C: H ( carbon la hidrogen ) este de 6 ori mai mare decât cel al Soarelui. Această observație este în concordanță cu cele referitoare la atmosferele altor planete gigantice din sistemul solar (raportul C: H este 2,9 pentru Jupiter , 30-40 pentru Uranus și Neptun ) și indică faptul că în timpul formării lor din gazele nebuloasei solare , atmosfera lor este îmbogățită în carbon prin contribuția corpurilor cerești solide.
Structura
Profilul de temperatură până la câteva bare a fost măsurat pentru atmosferele celor patru planete gigantice ale sistemului solar prin ocultare radio, sondele programului Voyager . La fel ca atmosfera celorlalți patru giganți gazoși, cea a lui Saturn arată o temperatură minimă ( tropopauză ) de aproximativ 100 mbar , o temperatură de aproximativ 80 K ( -190 ° C ) și o altitudine de aproximativ 100 km deasupra suprafeței până la 1 bar. Acesta din urmă separă troposfera situată dedesubt și stratosfera deasupra. Există, de asemenea, o termosferă la altitudine foarte mare. Homopause este situat la 0,1 Pa , aproximativ 650 de kilometri De deasupra suprafeței de la 1 bar.
Fluxul de căldură scapă prin convecție atunci când presiunea atmosferică este mai mare de 1 bar, apoi direct prin radiații în spațiu când este mai mică de 0,1-0,3 bar.
| Altitudine | Presiune | Temperatura | Masa volumică | |
|---|---|---|---|---|
| 0,1 bari | 84 K | −189 ° C | ||
| 1 bar | 134 K | −139 ° C | 0,19 kg / m 3 | |
Troposfera
Straturi de noriTroposfera lui Saturn este alcătuită din mai multe straturi de nori, precum Jupiter ; spre deosebire de acesta din urmă, norii sunt mai palizi și mai largi lângă ecuator. Locația acestor nori se presupune că corespunde regiunilor în care vaporii de apă se pot condensa în picături. Intervalele de temperatură sunt de la -130 ° C până la 80 ° C . De sus în jos, straturile de nori sunt după cum urmează:
- stratul superior, vizibil din spațiu, este format din nori de gheață de NH 3 amoniac. Se află la 100 km sub tropopauză. Temperatura este de la aproximativ -250 ° C . Modelele de echilibru termochimic efectuate de Atreya și Wong 2005 conduc la estimarea bazei acestor nori la aproximativ 2 bari, norii extinzându-se la aproximativ 0,5 bari; temperatura variază în intervalul de 100 acompaniat de la 140 K ( -170 acompaniat de -130 ° C ).
- al doilea strat este format din nori de hidrosulfură de amoniu NH 4 SH. Acesta este situat 170 km sub tropopauzei, acolo sau la temperaturi de -70 ° C . Atreya și Wong 2005 calculează prin calcul că acești nori au baza de presiune de aproximativ 6 bari și se extind până la aproximativ 3 bari. Aceleași calcule indică faptul că acest strat este intercalat cu un strat format din nori de gheață de apă H 2 Ocuprins între 2,5 și 9,5 bar în presiune și 185 până la 270 K ( -90 până la 0 ° C ) în temperatură.
- al treilea strat de nor, cel mai mic, este în cazul în care temperatura ajunge la 0 ° C . Calculele indică faptul că norii sunt compuși din picături de apă H 2 Oși amoniac NH 3, lichide, în soluție, cuprinse între 10 și 20 bari sub presiune și 270 până la 330 K ( 0 până la 60 ° C ) în temperatură.
Similar atmosferei celorlalte trei planete gigantice din sistemul solar , troposfera lui Saturn se caracterizează printr-un gradient termic atmosferic apropiat de gradientul termic adiabatic uscat atunci când presiunea depășește aproximativ 1 bar.
Stratosferă
Misiunea Cassini a descoperit similitudini între stratosfera lui Saturn și stratosfera Pământului cu ajutorul unui spectrometru termic. Misiunea a observat într-adevăr o oscilație a temperaturii la nivelul ecuatorului pe o perioadă de 15 ani.
Apa a fost detectată în stratosfera lui Saturn, distribuția sa este neomogenă și de ordinul a 1,1 ppb la latitudini ecuatoriale. Această apă provine probabil din gheizerele din Enceladus .
Termosfera
Temperatura termosferei lui Saturn este de ordinul 600−1000 K la o presiune de 1 × 10 −6 bar.
Această temperatură este mai mare decât cea care poate fi produsă de radiația solară; de aceea trebuie luate în considerare alte mecanisme decât încălzirea solară pentru a explica acest fenomen.
Vreme
Saturn, deși aparent calm, are un climat violent. La polul sud al planetei se află un uragan mai mare decât cel al Statelor Unite, cu o lățime de aproape 8.000 km. Spre deosebire de Marea Pată Roșie a lui Jupiter, acest uragan are un ochi care îl face aproape de uraganele de pe Pământ. La polul nord este o structură stabilă în formă hexagonală.
Se presupune, de asemenea, prezența fulgerelor de un milion de ori mai puternică decât pe Pământ. De fapt, fulgerul este dificil de observat din cauza luminii inelare care luminează fața umbrită a planetei.
Pata albă mare
Mare la fața locului alb este un fenomen efemer Saturn , care se repetă de aproximativ o dată la 30 de ani (adică aproximativ în fiecare an saturnian). Pete albe mari au fost observate în 1876 , 1903 , 1933 , 1960 și 1990 , ultimul observat de Hubble și absent în timpul trecerii sondelor Voyager. În 1994 , a fost observată o altă furtună mai mică.
Similar cu Jupiter, atmosfera lui Saturn este organizată în benzi paralele, deși aceste benzi sunt mai puțin vizibile și mai largi în apropierea ecuatorului. De fapt, sistemul de nori al lui Saturn a fost observat doar pentru prima dată în timpul misiunilor Voyager . De atunci, telescoapele terestre au făcut progrese suficiente pentru a putea urmări atmosfera saturniană, iar caracteristici comune în Jupiter (cum ar fi furtuni ovale de lungă durată) au fost găsite în Saturn. În 1990 , Telescopul Spațial Hubble a observat un imens nor alb lângă ecuatorul lui Saturn, care nu era prezent când au trecut sondele Voyager. În 1994 , a fost observată o altă furtună mai mică. Dacă periodicitatea continuă, se preconizează că va apărea o altă furtună în jurul anului 2020.
Note
- Constituie limita superioară a troposferei.
Surse
Referințe
- CBET 4535, 19 iulie 2018.
- (ro) Showmann, AP, Thermodynamics of Atmospheres and Oceanes , Capitolul 12 Planetary Atmospheres - Jupiter and the Outer Planets , Georgia Institute of Technology Course, (ed.) Curry și Webster, (Fall) 2007) [1]
- (ro) S. Guerlet, Temperatura și compoziția stratosferică a lui Saturn de la Cassini , SF2A 2013, L. Cambrésy, F. Martins, E. Nuss și A. Palacios (dir.) (2013) [ citește online ]
- (în) „ Saturn Fact Sheet ” , NASA (accesat la 18 februarie 2017 )
- ASE , „ Atmosfera lui Saturn ” (accesat la 9 ianuarie 2010 )
- (en-GB) Dougherty, Larry W. Esposito și Stamatios M. Krimigis , „ Saturn from Cassini-Huygens ” , Springer ,2009, p. 162 ( ISBN 1-4020-9216-4 , DOI 10.1007 / 978-1-4020-9217-6 , Bibcode 2009sfch.book ..... D , citiți online )
- Sacco 2008
- (en) T. Cavalié, V. Hue, P. Hartogh, R. Moreno și colab. , „ Herschel map of the stratospheric water of Saturn’s, liver by the plumes of Enceladus ” , Astronomy and Astrophysics , vol. 630,26 septembrie 2019( citește online ).
- Kidger 1993
Bibliografie
- Laurent Sacco , „ Stratosferele lui Saturn și Pământ: veri apropiați ”, un articol de pe site-ul Futura-Scienses ,12 mai 2008( citiți online , consultat la 18 ianuarie 2010 )
- (ro) Mark Kidger , „ The Great White White Spot of Saturn ” , 1990 Yearbook of Astronomy , WW Norton & Company,1993, p. 176-215