A hónap témája a Polarisban: A gázbolygók légköre | MCSE

A hónap témája a Polarisban: A gázbolygók légköre

A Naprendszer óriásbolygói (gázbolygói) közül a Jupiter és a Szaturnusz a leglátványosabb távcsöves célpontok közé tartozik. Az Uránusz és a Neptunusz érdekességeit csak a legnagyobb (amatőr)távcsövek mutatják meg.

A Naprendszer legnagyobb bolygójának, a Jupiternek az összetétele sokban hasonlít a Naphoz. Nagyrészt hidrogén alkotja a légkörét, de található emellett nagyobb mennyiségű hélium is, kisebb mennyiségben víz, metán, hidrogén-szulfid és ammónia is. A bolygó belsejében azonban sokkal nagyobb mértékben is jelen lehetnek egyéb anyagok is. A bolygó légkörének alsóbb rétegeiben a napéhoz képest nagy mennyiségben vannak jelen az argon, kripton és xenon nemesgázok, de neon csak nagyon kevés mennyiségben. A felsőbb rétegekben már etán, acetilén is megtalálható, mely a metánból keletkezik a Nap UV sugárzása által. Ugyanitt található szén-dioxid és szén-monoxid, amik valószínűleg üstökösök becsapódásából származhatnak.

A Jupiter légkörének változásai

A Jupiter légkörének változásai

A Jupiternek van a legvastagabb légköre a Naprendszerben, melyen nagyon sok érdekes alakzat figyelhető meg. Három rétegre lehet osztani: troposzférára, sztratoszférára, termoszférára és exoszférára. A troposzféra folytonosan megy át folyékony halmazállapotba, ezért tekintjük ezt a légkör legalsó rétegének, de nem a bolygó “felszínének”. Mivel szilárd anyag csak a magban található, ezért a csillagászok kijelölték a Jupiter “felszínét”: az a hely, ahol a légköri nyomás 1 bar. Ez alatt 90 km-rel van a troposzféra alsó határa.

A troposzféra egy igen összetett felhőréteget tartalmaz. A legfelső réteg ammónia-jégből, a középső réteg ammómium-hidroszulfid és ammónium-szulfid keverékéből, a legalsó réteg valószínűleg vízjégből áll. Metán nem található itt, mert a troposzférában nem megfelelőek a körülmények, hogy stabilan fennmaradjon.

A Nagy Vörös Folt, illetve annak méretváltozása a Hubble Űrtávcső felvételén.

A Nagy Vörös Folt, illetve annak méretváltozása a Hubble Űrtávcső felvételén.

A leghíresebb ilyen képződmény a Nagy Vörös Folt, tulajdonképpen egy óriási anticiklon, ami az óramutató járásával ellentétes irányba forog. Egy forgást hat nap alatt tesz meg. Mérete a Földet is sokszorosan meghaladja, a bolygó egyenlítőjétől délre található. Nagyon stabil viharrendszerről van szó, amely az 1600-as évek közepe óta biztosan létezik. A legújabb vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a Nagy Vörös Folt fokozatosan veszít méretéből, melynek okát egyelőre nem tudják a csillagászok. Emellett kisebb viharrendszerek is megfigyelhetők a bolygó légkörében, melyek nem kaptak nevet, színűk fehér és barna.

Távcsővel megfigyelve a Jupitert elsőként a felhősávokat vesszük észre a bolygón. Fehér, narancssárga és barna színben tűnnek fel. A különböző színek különböző áramlási rendszereket jelentenek, de valójában a bennük található anyagok miatt láthatók színek a felhősávokban. A narancssárga és barna felhősávok tulajdonképpen felfelé áramló légrétegek. A pontos anyagi összetétel nem tisztázott, de valószínűleg a barnás színt foszfor- és kénvegyületek miatt kapja ez a réteg. A fehér rétegek ammóniából és vízjégből állnak. Ezekben a rétegekben heves villámtevékenység figyelhető meg, melyek akár ezerszer is erősebbek lehetnek a Földön megfigyelhető villámoknál.

A Jupiter után elérkezünk a Szaturnuszhoz, a Naprendszer ékkövéhez. Ez az a bolygó, aminek az átlagos sűrűsége kisebb a vízénél, ezért egy hatalmas óceánban gyakorlatilag úszna az égitest. (Ha létezne ilyen óceán… ) A bolygónak magja vasból és nikkelből álló belső magja, ami körül egy fémes hidrogénből álló réteg található. Ezt körbeveszi egy folyékony hidrogén, majd egy folyékony hélium réteg, és csak utána következnek a gázokból álló rétegek, a légkör.

A légkör összetétele kicsit eltérő, mint a Jupiter esetében, bár ezen a bolygón is nagyon sok hidrogén található, de sokkal kevesebb mennyiségű hélium, mint a Jupiternél. Nyomokban megfigyelhető ammónia, acetilén, etán, propán és metán is. A légkör felső részében ammónia-jegek találhatók, az alsóbb rétegekben ammónium-hidroszulfid és víz is lehet.

Hasonló felhősávok figyelhetők meg itt is, mint a Jupiter esetében, csak sokkal halványabbak és szélesebbek. A Jupiter igen aktív légkörével ellentétben a Szaturnusznak viszonylag nyugodt légköre van, amin időnként megfigyelhetők kisebb-nagyobb viharrendszerek is, amelyekben igen erős szelek fújnak. A Voyager űrszondák mérései alapján a legerősebb szelek elérhetik az 1800 km/h-s erősséget is, ezzel a második legerősebb szeleket mérték a Naprendszerben (a Neptunusz után).

A Szaturnusz északi pólusvidékén található hatszög alakú légköri képződmény, a Hexagon.

A Szaturnusz északi pólusvidékén található hatszög alakú légköri képződmény, a Hexagon.

A Szaturnusz két pólusánál érdekes alakzatok figyelhetők meg. Az északi pólus környékén egy hatszög alakú képződmény figyelhető meg, az oldalai 13 800 km hosszúak. Ezt az alakzatot a Voyager űrszondával fedezték fel, amikor ott járt a Szaturnusznál 1980-ban, de a Cassini űrszonda jelenleg is vizsgálja. Hasonló alakzat megfigyelhető a déli pólus környékén is, de azt nem hatszög alakú képződmény határolja. Ez valójában egy földi hurrikánokhoz hasonlító képződmény, amely akár több milliárd éve is jelen lehet a bolygó légkörében. A Föld méretével összemérhető képződményben a mérések szerint 550 km/h erősségű szelek fújnak.

A Szaturnusz déli pólusvidékén található viharrendszer.

A Szaturnusz déli pólusvidékén található viharrendszer.

A következő bolygó, melyet már távcsővel fedeztek fel, az Uránusz. Ennek az összetétele is hasonlít a Naphoz, nagy mértékben hidrogén és hélium alkotja a légkörét. A légkör alsóbb rétegei azonban vízben, ammóniában és metánban gazdagok. Ennek ellentéte igaz a felsőbb rétegekre, ahol viszont a nehéz elemek meglepően alacsony koncentrációban vannak jelen. Mindehhez igen alacsony, 49 kelvines hőmérséklet társul.

Földi megfigyelésekből mutatták ki az Uránusz légkörében a metánt, amely miatt cián színű a bolygó légköre. A metán mennyisége a bolygó légkörében akár harmincszor is több lehet, mint a Napban. Más megfigyelések viszont komplex szénhidrogén-vegyületeket is kimutattak a sztratoszférában, amik valószínűleg a metán bomlástermékeinek összeállásából keletkeznek, ahogy a Nap ultraibolya-sugárzása szétbontja a metánt. Ilyen vegyületek például a etán, acetilén, de más, komplexebb szénhidrogéneket is kimutattak a csillagászok.

Az Uránusz légköre három fő rétegre bontható. Csakúgy, mint a Föld esetében, a troposzféra a legsűrűbb réteg, melynek a hőmérséklete lentről fölfelé 50 Kelvin és 350 Kelvin között változik. Ebben a rétegben komplex összetételű felhőrétegek találhatók, melyek vízjégből, ammónium-hidroszulfátból, hidrogén-szufidból, illetve metánból állnak. A Voyager 2 egyedül ez utóbbit mutatta ki egyértelműen, a többi léte egyelőre igen bizonytalan.

Az Uránusz jellegtelen légköre a Voyager 2 felvételén.

Az Uránusz jellegtelen légköre a Voyager 2 felvételén.

A légkör középső rétege a sztratoszféra, ahol akár 800 kelvin hőmérsékelet is előfordulhat. Az ilyen magas hőmérsékletért a termoszférából leáramló forró anyag okozza, akárcsak az erős UV és infravörös fényelnyelés is a metán által. A metán mellett itt nagyon sok acetilén és etán található, kisebb mennyiségben metil-acetilén is előfordulhat. Azonban az anyagok mennyisége a magassággal erős eltérést mutathat. A szénhidrogének mellett található még szén-monoxid is, mely a vízgőz és a szén-dioxid jelenlétére utal. A szénhidrogének mennyisége viszont sokkal alacsonyabb itt, mint a többi gázbolygó esetében.

A légkör külső rétegében, a termoszférában 800 kelvin körüli hőmérséklet uralkodik. Ez a réteg nagyon sok molekuláris hidrogént tartalmaz, de hélium nem figyelhető meg itt. A termoszféra felett található még egy réteg, az ionoszféra, melyben elektronok és ionok is találhatók. Viszont ennek a rétegnek a vastagsága függ a naptevékenység erősségétől.

Végül elérkezünk a Neptunuszhoz. A bolygó légköre itt is nagyrészt hidrogénből és héliumból áll, melyek mellett nagy mennyiségben metán is található, ám ez mindössze 2%-a az összes anyagnak. A légkört két rétegre lehet osztani, troposzférára és sztratoszférára. A troposzférában a hőmérséklet a magassággal csökken, a sztratoszférában ennek pont az ellentettje működik.

A Neptunusz légköre a Voyager 2 felvételén, melyen jól azonosítható a Nagy Sötét Folt, valamint más felhőrétegek is.

A Neptunusz légköre a Voyager 2 felvételén, melyen jól azonosítható a Nagy Sötét Folt, valamint más felhőrétegek is.

A légkör szerkezetéről főként csak modellszámítási ismereteink vannak, de bizonyos dolgokban mindegyik modell egyezik. A légkörnek azon a részén, ahol a légnyomás 1 bar alá csökken, kondenzált állapotban fordulhat elő a metán. Amikor a légköri nyomás 5 bar fölé nő, akkor már ammóniából, ammóniavegyületekből, vízből álló rétegeket lehet megfigyelni. Bár ez utóbbi csak 50 bar nyomásnál valószínű, ahol a hőmérséklet 273 kelvin köré áll be.