Саймон Кинг – Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде (страница 33)
Расстояние от Солнца: 1433,5 млн км
Продолжительность суток: 10,7 часа
Угол наклона: –26,3 градуса
Средняя температура: –178 °C
Атмосфера: очень плотная
Масса: 95 масс Земли
Спутники: 62
Погода: бури, молнии, ветер до 450 м/с
Первый из двух ледяных гигантов, Уран кажется голубовато-зеленым благодаря высокому содержанию метана в атмосфере. У него тоже есть бледные кольца, на данный момент их насчитали 13 – они состоят из пыли и более крупных частиц. На этом ледяном гиганте зафиксирована самая низкая температура среди всех планет Солнечной системы: –224 °C. Однако в среднем температуры здесь все-таки повыше, чем на самой отдаленной планете Солнечной системы – Нептуне.
Ученые предполагают, что крайне низкие температуры связаны со странным расположением планеты: она вращается вокруг своей оси, практически лежа на боку – под невероятным углом 98 градусов, – а оборот вокруг Солнца занимает 84 года. Из этого также следует, что лето и зима, когда постоянно светит Солнце и царит тьма соответственно, на планете длятся десятилетиями, так что разница температур очень значительная. Внутренняя система обогрева Урана значительно слабее, чем у Юпитера и Сатурна, так что динамика его атмосферы существенно меньше, чем на других планетах. Однако погодные фронты здесь все же существуют: сильные ветры гоняют по атмосфере полосы льдистых метановых облаков. На поверхности порой возникают темные буревые пятна, но причины их возникновения пока еще не выяснены до конца.
Расстояние от Солнца: 2872,5 млн км
Продолжительность суток: 16,1 часа
Угол наклона: 97,8 градуса
Средняя температура: –195 °C
Атмосфера: очень плотная
Масса: 14,5 масс Земли
Спутники: 27
Погода: чрезвычайно холодная, сильные ветры
Этот ледяной гигант расположен дальше всего от Солнца, а погоду на нем можно назвать самой странной во всей Солнечной системе. Большая часть его плотной массы приходится на метан, аммиак и водород. Присутствие метана, поглощающего волны красного цвета и оставляющего голубой, и придает Нептуну отчетливо голубую окраску. Белые точки и черточки на поверхности Нептуна – это высокие облака из замерзшего метана. У планеты как минимум пять бледных колец из пыли и камней, которые отлично получаются на фотографиях – хотя это единственная планета, которую не увидеть с Земли невооруженным взглядом. Ось вращения Нептуна наклонена на 28 градусов, примерно как у Земли, и на этом голубом гиганте, как и на нашей голубой планете, есть времена года, то есть периодические колебания погоды. Эти времена года могут длиться более 40 лет, поскольку один оборот Нептуна вокруг Солнца занимает 165 земных лет. Погода и ветры на Земле связаны с Солнцем, а Нептун получает в 900 раз меньше солнечного света, однако на этой планете происходят сильные бури, о чем можно судить по темным пятнам, и постоянно дуют мощные ветры. Это самая ветреная планета из всех восьми: скорость ветра здесь может достигать 555 м/с. Ученые продолжают дискуссии по многим вопросам, связанным с погодой на Нептуне: некоторые ученые указывают, что она обусловлена не только воздействием Солнца, но и галактическими космическими лучами или частицами высокой энергии из-за пределов Солнечной системы.
Расстояние от Солнца: 4495,1 млн км
Продолжительность суток: 16,1 часа
Угол наклона: 28 градусов
Средняя температура: –200 °C
Атмосфера: плотная
Масса: 17,1 массы Земли
Спутники: 14
Погода: холодная, темная и ветреная
Как атмосфера защищает жизнь на Земле?
Атмосфера служит щитом для жизни на Земле. Смесь газов в ней необходима для защиты и обеспечения выживания различных видов биосферы и экосистем планеты. Примерно на 78 % атмосфера состоит из азота, на 21 % – из кислорода, а остальной процент составляют водяной пар, углекислый газ и другие газовые примеси.
Тропосфера – это погодообразующий слой. Его высота составляет около 20 км, нижний край тропосферы доходит до поверхности Земли. Этот невероятно важный слой поддерживает жизнь, так как в нем циркулируют тепло и водяной пар: этот круговорот умеряет разницу температур и распределяет воду по планете. Одно из важнейших свойств тропосферы состоит в том, что с набором высоты она охлаждается. Это позволяет водяному пару конденсироваться и образовывать облака и дождь. Хотя тропосфера не служит щитом для всего, что поступает из космоса, роль водяного пара трудно переоценить. Этот парниковый газ играет важнейшую роль в регулировании температуры по всей планете. Поступающее солнечное излучение он поглощает не так эффективно, однако может поглощать отраженное от поверхности Земли инфракрасное (тепловое) излучение.
Стратосфера и тропосфера соприкасаются на границе, которая называется тропопаузой. В тропопаузе практически прекращается формирование погоды. Дело в том, что температурный профиль стратосферы совершенно иной: с высотой стратосфера, имеющая высоту около 50 км, нагревается – температура нижней части составляет примерно –50 °C, но постепенно стратосфера становится все теплее, так что в верхней ее части температура уже около нуля. Это значит, что воздух из верхней части тропосферы не может подниматься в стратосферу. Таким образом, самая холодная часть стратосферы – нижняя, и именно здесь располагается стратосферный полярный вихрь, хотя его воздействие на распределение тепла и влажности по планете и связано с механикой тропосферы. Стратосферный полярный вихрь выполняет свои функции. Он образуется над полюсами во время мрачной зимы, постоянно охлаждается и достигает низшей точки температуры к концу декабря. Наличие сильного вихря, вызывающего мощные ветры вокруг полюсов, позволяет сохранять разницу температур с более низкими широтами и подпитывает сильное струйное течение в средних широтах. Именно это струйное течение переносит избыток тепла от экватора на север, смягчая экстремальные температуры, перенося энергию и влажность. Наиболее знаменитая и эффективная часть стратосферы, создающая щит вокруг планеты, называется озоновым слоем. Озона, то есть кислорода О3, в ней содержится менее 10 частей на миллион, но и такая концентрация куда выше, чем во всех остальных частях атмосферы. Здесь поглощается 97–99 % поступающего вредоносного ультрафиолетового излучения, и именно это поглощение нагревает данный слой атмосферы.
Мезосфера быстро охлаждается до –100 °C. Дело в том, что уровень поглощения солнечного излучения здесь резко падает. Это очень толстый слой, доходящий местами до 35 км. Именно в мезосфере происходит впечатляющее явление – падение звезд. На самом деле это метеоры, которые сгорают в этом слое, не достигая Земли. Таким образом, мезосфера защищает нашу планету от разнообразных камней и другого космического мусора, который притягивается из космоса гравитационным полем Земли. Метеоры проходят через экзосферу и термосферу, поскольку в этих слоях мало что может их задержать, однако, к счастью, в мезосфере достаточно газов, которые могут замедлить движение потенциально опасных объектов. Это замедление вызывает трение и последующее нагревание, и большинство метеоров распадаются и превращаются в пар. Однако так случается не всегда, о чем свидетельствует испещренный кратерами ландшафт многих земных континентов. Мезосфера, таким образом, спасает миллионы жизней – возможно, даже только за год.
Рядом с самым холодным слоем атмосферы находится ее самый жаркий слой. Температуры здесь могут достигать 2000 °C – благодаря поглощению ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца. Интересно, что именно здесь, в 500–1000 километрах от поверхности Земли образуются полярные сияния, когда заряженные частицы, летящие от Солнца, сталкиваются с атомами кислорода и азота, создавая невероятные яркие цвета.
Экзосфера тянется от границ термосферы вверх, на 10000 км от поверхности Земли: это ворота в открытый космос и местонахождение многих искусственных спутников. Чрезвычайно высокий температурный профиль термосферы влияет на эту внешнюю оболочку атмосферы: происходит остывание с 2000 до 0 градусов, воздух холоднее всего по ночам. Атмосфера здесь довольно разреженная, однако можно обнаружить следы таких газов, как кислород и углекислый газ. Это последний слой атмосферы, который еще испытывает силу притяжения Земли. Важно отметить, что экзосфера – первый слой защиты от солнечного излучения, она первой встречает любой летящий к Земле объект.
Действительно ли астероиды – главная угроза Земле?
В своей последней книге «Краткие ответы на большие вопросы», опубликованной в 2018 году, физик-теоретик Стивен Хокинг приводит свои соображения по поводу одной из главных угроз Земле – столкновения с астероидом. У нас нет никакой защиты от подобного события, которое могло стать причиной вымирания динозавров 66 миллионов лет назад. Несмотря на то, что у Земли довольно мощная защитная система, состоящая из нескольких слоев атмосферы, каждый из которых служит своей основной цели, наличие множества ударных кратеров свидетельствует о том, что летящие из космоса камни иногда все же проникают в атмосферу, а некоторые долетают и до поверхности. Согласно спутниковым данным, от 5 до 300 тонн космической пыли ежедневно попадает в атмосферу, и частично эта пыль образуется после сгорания более крупных объектов. Однако сначала давайте определимся с терминами.