Ambiance - Atmosphere

La planète Mars a une atmosphère composée de fines couches de gaz.
Les gaz atmosphériques autour de la Terre diffusent la lumière bleue (longueurs d'onde plus courtes) plus que la lumière vers l'extrémité rouge (longueurs d'onde plus longues) du spectre visible ; ainsi, une lueur bleue sur l'horizon est visible lors de l' observation de la Terre depuis l' espace .
Un diagramme des couches de l'atmosphère terrestre

Une atmosphère (du grec ancien ἀτμός (atmós)  « vapeur, vapeur » et (sphaîra)  « sphère ») est une couche de gaz ou des couches de gaz qui enveloppent une planète et est maintenue en place par la gravité de la planète. corps. Une planète conserve une atmosphère lorsque la gravité est grande et que la température de l'atmosphère est basse. Une atmosphère stellaire est la région externe d'une étoile, qui comprend les couches au-dessus de la photosphère opaque ; les étoiles de basse température pourraient avoir des atmosphères extérieures contenant des molécules composées .

L' atmosphère de la Terre est composée d' azote (78%), d' oxygène (21%), d' argon (0,9%), de dioxyde de carbone (0,04%) et de gaz traces. La plupart des organismes utilisent l'oxygène pour la respiration ; la foudre et les bactéries fixent l' azote pour produire de l' ammoniac qui sert à fabriquer des nucléotides et des acides aminés ; les plantes , les algues et les cyanobactéries utilisent le dioxyde de carbone pour la photosynthèse . La composition en couches de l'atmosphère minimise les effets nocifs de la lumière du soleil , du rayonnement ultraviolet , du vent solaire et des rayons cosmiques pour protéger les organismes des dommages génétiques. La composition actuelle de l'atmosphère terrestre est le produit de milliards d'années de modification biochimique de la paléoatmosphère par les organismes vivants.

Composition

La composition gazeuse initiale d'une atmosphère est déterminée par la chimie et la température de la nébuleuse solaire locale à partir de laquelle une planète est formée, et l'échappement ultérieur de certains gaz de l'intérieur de l'atmosphère proprement dite. L'atmosphère d'origine des planètes provenait d'un disque de gaz en rotation, qui s'est effondré sur lui-même puis s'est divisé en une série d'anneaux espacés de gaz et de matière qui se sont ensuite condensés pour former les planètes du système solaire. Les atmosphères des planètes Vénus et Mars sont principalement composées de dioxyde de carbone et d' azote , d' argon et d' oxygène .

La composition de l'atmosphère terrestre est déterminée par les sous-produits de la vie qu'elle entretient. L'air sec (mélange de gaz) de l'atmosphère terrestre contient 78,08 % d'azote, 20,95 % d'oxygène, 0,93 % d'argon, 0,04 % de dioxyde de carbone et des traces d'hydrogène, d'hélium et d'autres gaz "nobles" (en volume), mais généralement une variable quantité de vapeur d'eau est également présente, en moyenne environ 1% au niveau de la mer.

Les basses températures et la gravité plus élevée des planètes géantes du système solaire - Jupiter , Saturne , Uranus et Neptune - leur permettent de retenir plus facilement les gaz de faible masse moléculaire . Ces planètes ont des atmosphères hydrogène-hélium, avec des traces de composés plus complexes.

Deux satellites des planètes extérieures possèdent des atmosphères significatives. Titan , une lune de Saturne, et Triton , une lune de Neptune, ont des atmosphères principalement d' azote . Lorsqu'il se trouve dans la partie de son orbite la plus proche du Soleil, Pluton a une atmosphère d'azote et de méthane semblable à celle de Triton, mais ces gaz sont gelés lorsqu'il est plus éloigné du Soleil.

D'autres corps du système solaire ont des atmosphères extrêmement minces et non en équilibre. Ceux-ci incluent la Lune ( gaz de sodium ), Mercure (gaz de sodium), Europe (oxygène), Io ( soufre ) et Encelade ( vapeur d'eau ).

La première exoplanète dont la composition atmosphérique a été déterminée est HD 209458b , une géante gazeuse en orbite proche autour d'une étoile de la constellation de Pégase . Son atmosphère est chauffée à des températures supérieures à 1 000 K et s'échappe régulièrement dans l'espace. De l'hydrogène, de l'oxygène, du carbone et du soufre ont été détectés dans l'atmosphère gonflée de la planète.

Structure

Terre

L' atmosphère de la Terre est composée de couches ayant différentes propriétés, telles que la composition gazeuse spécifique, la température et la pression. La couche la plus basse de l'atmosphère est la troposphère , qui s'étend de la surface planétaire au fond de la stratosphère . La troposphère contient 75 pour cent de la masse de l'atmosphère, et est la couche atmosphérique dans laquelle le temps se produit ; la hauteur de la troposphère varie entre 17 km à l'équateur et 7,0 km aux pôles. La stratosphère s'étend du haut de la troposphère au bas de la mésosphère , et contient la couche d'ozone , à une altitude comprise entre 15 km et 35 km, et est la couche atmosphérique qui absorbe la majeure partie du rayonnement ultraviolet que la Terre a reçu du Soleil. . Le sommet de la mésosphère, s'étend de 50 km à 85 km, et est la couche dans laquelle la plupart des météores sont incinérés avant d'atteindre la surface planétaire. La thermosphère s'étend d'une altitude de 85 km à la base de l' exosphère à 400 km, et contient l' ionosphère où le rayonnement solaire ionise l'atmosphère. La densité de l'ionosphère augmente à de courtes distances de la surface planétaire pendant la journée et diminue à mesure que l'ionosphère s'élève pendant la nuit, permettant ainsi à une plus grande gamme de fréquences radio de parcourir de plus grandes distances. De plus, située dans la mésosphère, se trouve la ligne de Kármán à 100 km, qui est la frontière entre l' espace extra-atmosphérique et l'atmosphère de la planète Terre. L' exosphère commence à environ 690 à 1 000 km de la surface de la planète, où elle interagit avec la magnétosphère de la Terre.

Pression

La pression atmosphérique est la force (par unité de surface) perpendiculaire à une unité de surface de la surface planétaire, telle que déterminée par le poids de la colonne verticale de gaz atmosphériques. Dans ce modèle atmosphérique, la pression atmosphérique , le poids de la masse du gaz, diminue à haute altitude en raison de la diminution de la masse du gaz au-dessus du point de mesure barométrique . Les unités de pression atmosphérique sont basées sur l' atmosphère standard (atm), qui est de 101,325  kPa (760  Torr , ou 14,696  livres par pouce carré (psi). La hauteur à laquelle la pression atmosphérique diminue d'un facteur e (un nombre irrationnel égale à 2,71828) est appelée hauteur d'échelle ( H ). Pour une atmosphère de température uniforme, la hauteur d'échelle est proportionnelle à la température atmosphérique et inversement proportionnelle au produit de la masse moléculaire moyenne de l'air sec et de l'accélération locale de gravité au point de mesure barométrique.

Échapper

La gravité de surface diffère considérablement d'une planète à l'autre. Par exemple, la grande force gravitationnelle de la planète géante Jupiter retient les gaz légers tels que l' hydrogène et l' hélium qui s'échappent des objets à faible gravité. Deuxièmement, la distance du Soleil détermine l'énergie disponible pour chauffer le gaz atmosphérique au point où une fraction du mouvement thermique de ses molécules dépasse la vitesse de fuite de la planète , permettant à celles-ci d'échapper à l'emprise gravitationnelle d'une planète. Ainsi, les lointains et froids Titan , Triton et Pluton sont capables de conserver leur atmosphère malgré leur gravité relativement faible.

Puisqu'une collection de molécules de gaz peut se déplacer à une large gamme de vitesses, il y en aura toujours assez rapidement pour produire une lente fuite de gaz dans l'espace. Les molécules plus légères se déplacent plus rapidement que les plus lourdes avec la même énergie cinétique thermique , et ainsi les gaz de faible poids moléculaire sont perdus plus rapidement que ceux de poids moléculaire élevé. On pense que Vénus et Mars ont perdu une grande partie de leur eau lorsque, après avoir été photodissociés en hydrogène et en oxygène par le rayonnement ultraviolet solaire , l'hydrogène s'est échappé. Le champ magnétique terrestre aide à empêcher cela, car, normalement, le vent solaire augmenterait considérablement l'échappement de l'hydrogène. Cependant, au cours des 3 derniers milliards d'années, la Terre a peut-être perdu des gaz à travers les régions polaires magnétiques en raison de l'activité aurorale, y compris 2% net de son oxygène atmosphérique. L'effet net, en tenant compte des processus d'échappement les plus importants, est qu'un champ magnétique intrinsèque ne protège pas une planète de l'échappement atmosphérique et que pour certaines aimantations, la présence d'un champ magnétique contribue à augmenter le taux d'échappement.

D'autres mécanismes qui peuvent provoquer l'appauvrissement de l'atmosphère sont la pulvérisation cathodique induite par le vent solaire , l' érosion par impact , l' altération et la séquestration - parfois appelée "gel" - dans le régolithe et les calottes polaires .

Terrain

Les atmosphères ont des effets dramatiques sur les surfaces des corps rocheux. Les objets qui n'ont pas d'atmosphère, ou qui n'ont qu'une exosphère, ont un terrain couvert de cratères . Sans atmosphère, la planète n'a aucune protection contre les météorites , et toutes entrent en collision avec la surface sous forme de météorites et créent des cratères.

La plupart des météorites brûlent sous forme de météores avant de toucher la surface d'une planète. Lorsque les météorites ont un impact, les effets sont souvent effacés par l'action du vent.

L'érosion éolienne est un facteur important dans la formation du terrain des planètes rocheuses avec des atmosphères, et au fil du temps peut effacer les effets des cratères et des volcans . De plus, comme les liquides ne peuvent exister sans pression, une atmosphère permet au liquide d'être présent à la surface, ce qui donne des lacs , des rivières et des océans . La Terre et Titan sont connus pour avoir des liquides à leur surface et le terrain sur la planète suggère que Mars avait du liquide à sa surface dans le passé.


Atmosphères dans le système solaire

Graphiques de la vitesse d'échappement par rapport à la température de surface de certains objets du système solaire montrant quels gaz sont retenus. Les objets sont dessinés à l'échelle et leurs points de données se trouvent aux points noirs au milieu.

Hors du système solaire :

Article détaillé : Atmosphère extraterrestre

Circulation

La circulation de l'atmosphère se produit en raison des différences thermiques lorsque la convection devient un transporteur de chaleur plus efficace que le rayonnement thermique . Sur les planètes où la principale source de chaleur est le rayonnement solaire, l'excès de chaleur sous les tropiques est transporté vers des latitudes plus élevées. Lorsqu'une planète génère une quantité importante de chaleur à l'intérieur, comme c'est le cas pour Jupiter , la convection dans l'atmosphère peut transporter l'énergie thermique de l'intérieur à plus haute température jusqu'à la surface.

Importance

Du point de vue d'un géologue planétaire , l'atmosphère agit pour façonner une surface planétaire. Le vent ramasse les poussières et autres particules qui, lorsqu'elles entrent en collision avec le terrain, érodent le relief et laissent des dépôts ( processus éoliens ). Le gel et les précipitations , qui dépendent de la composition atmosphérique, influencent également le relief. Les changements climatiques peuvent influencer l'histoire géologique d'une planète. A l'inverse, l'étude de la surface de la Terre permet de comprendre l'atmosphère et le climat des autres planètes.

Pour un météorologue , la composition de l'atmosphère terrestre est un facteur affectant le climat et ses variations.

Pour un biologiste ou un paléontologue , la composition atmosphérique de la Terre est étroitement dépendante de l'apparition de la vie et de son évolution .

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes