На каких планетах есть парниковый эффект. Земля и Венера: причины различий

Планета Венера

В солнечной системе это вторая планета после Меркурия и третья по яркости на ночном небе, за что ее назвали утренней звездой.

Возраст Венеры около 4,6 млрд. лет, он был определен с помощью падающих на землю метеоритов, с применением радиоуглеродного датирования, которое показывало единый возраст не только Венеры, но и всей Солнечной системы.

Относится Венера к планетам земной группы и её часто называют злым близнецом Земли, потому что она имеет раскаленную атмосферу.

Размер, масса, состав, гравитационные характеристики Земли и Венеры практически схожи.

Ядро Венеры состоит из металла, в мантии присутствуют жидкие горные породы и верхняя твердая внешняя кора. Но, возможности увидеть напрямую внутреннее строение планеты, у исследователей пока нет.

Поскольку поверхность Венеры очень горячая и космический корабль не может более двух часов находиться на ней, то информация о внутреннем составе недоступна.

В результате того, что плотности планет земной группы совпадают, ученые предположили, что её внутренняя структура схожа с земной структурой.

Венера не теряет свое внутреннее тепло и в результате этого у неё отсутствует генерируемое магнитное поле.

С появлением беспилотных космических кораблей, оснащенных радарами, стало возможным пройти через густые облака планеты и определить топографические характеристики поверхности.

Было выяснено, что планету покрывают ударные кратеры и древние вулканы. Есть предположения, что в геологическом прошлом, а именно 300-500 млн. лет назад, поверхность планеты была разрушена в результате каких-то глобальных событий. Эту информацию вычислили по количеству ударных кратеров на поверхности.

Верхняя твердая оболочка Венеры – кора, содержит кремниевые породы и имеет толщину около 50 км, а толщина мантии, расположенной ниже, по подсчетам ученых, имеет толщину 3000 км, но, её состав неизвестен.

Центральная часть планеты – ядро, твердое или жидкое и состоит из железа и никеля. Ввиду того, что у Венеры отсутствует свое геомагнитное поле, то, по всей вероятности, внутри ядра нет конвекции.

Между внутренним и внешним ядром кардинальных различий по температуре нет, поэтому металл, находящийся в составе ядра не перемещается и не создает магнитное поле.

Атмосфера Венеры

Атмосфера планеты в основном состоит из двуокиси углерода с примесями азота.

Воздух очень плотный и образует азотные сгустки в 4 раза превышающие земные. Такое сочетание газов лежит в основе парникового эффекта, способного удерживать критически высокую температуру.

Облака планеты тоже накапливают тепло и функционируют как «заслонка» для наблюдений с поверхности Земли.

Давление на Венере в 90 раз больше, чем на Земле и, несмотря на почти одинаковые размеры планет, человек будет чувствовать себя как на большой глубине в океане.

Атмосфера Венеры на 96% состоит из двуокиси углерода, 3,5% азота, 1% окиси углерода, аргона, диоксида серы, водяного пара.

Исследователи планеты в 60-е годы были убеждены в том, что климат Венеры похож на климат Земли и ссылались на то, что планета спрятана под густыми облаками, которые в земных условиях несут обилие влаги, а это значит, там возможна жизнь. Микроволновой обзор выявил очень высокую температуру и надежды исчезли. Облака представлены парами серной кислоты, а не влагой. Масса венерианской атмосферы превосходит земную в 93 раза.

Предположительно ранее Венера обладала нормальной атмосферой, а её магнитосфера перестала функционировать после сильнейшего и неизвестного вмешательства.Защита планеты была потеряна, и солнечный ветер разорвал её атмосферный слой на части. Водород и вся вода сразу исчезли из состава атмосферы.

Средняя температура на Венере, стабильно удерживаемая в течение суток, составляет 462 градуса, чего вполне достаточно для плавления свинца.

Наклон оси Венеры составляет 3 градуса, поэтому на планете нет времен года. Ветры, дующие на Венере, имеют скорость 360 км/ч, благодаря им облака постоянно перемещаются. Ближе к поверхности скорость ветров становится меньше. После каждого осевого оборота ветры прекращаются на 4 дня.

Облака имеют ярко-желтый или белый цвет.

Венера имеет свое альбедо, которое формируется атмосферными облаками, состоящими из серной кислоты.

Определение 1

Альбедо – это способность небесного тела отражать свет Солнца.

Теоретически максимальный показатель достигает 1 и приравнивается к 100% отражения поступающих электромагнитных лучей.

Если небесное тело полностью черное, то альбедо будет равно нулю. Так, например, альбедо Луны составляет 0.12, это говорит о том, что наша Луна, ярко сияющая на ночном небе, на самом деле довольно мрачная.

Спутник Сатурна – Энцелад, имеет альбедо 0.99 - это значит, что он почти полностью отбивает весь свет.

Показатель альбедо Венеры равен 0.75, поэтому она выглядит очень яркой, сияющей звездой.

Парниковый эффект Венеры

Венеру от всех других планет отличает её парниковый эффект, создаваемый газами и облаками, находящимися в атмосфере.

Специалисты предполагают, что когда-то Венера имела низкую температуру и даже воду в жидком состоянии, чем напоминала Землю. Миллиарды лет назад запустился процесс нагревания, вода испарилась, и пространство наполнилось углекислым газом.

Парниковый эффект находится в атмосфере планеты и составляет около 500 градусов.

Двуокись углерода, находящегося в атмосфере Венеры, делает её очень плотной и препятствует охлаждению через излучение инфракрасного диапазона спектра. В результате этого поверхность планеты разогревается до критических отметок. Температура на поверхности планеты поднимается в результате тепловой энергии из-за нагревания газов.

Земля избежала участи своей соседки благодаря наличию океанов, которые поглощают атмосферный углерод и накапливают его в горных породах.

На Венере океаны отсутствуют, поэтому весь углекислый газ выделяемый вулканами в атмосферу, в ней и остается – это уже неуправляемый парниковый эффект.

Солнечного тепла Венера получает в два раза больше, чем Земля. Однако если Землю поставить на место Венеры, то её температура была бы выше только на 60 градусов и составляла 75 градусов, но, никак не 480, это значит, что причина высокой температуры заключается не в расстоянии до Солнца.

Ответ нашел американский ученый Карл Сагал – причина заключается в атмосфере планеты, которая является гигантским парником, на 96-98% состоящая из углекислого газа. Этот газ, полученное от Солнца тепло, не выпускает наружу, и оно возвращается к поверхности Венеры. Солнце не останавливает свою деятельность и продолжает излучать тепло, нагревая поверхность. Планета излучает полученное тепло обратно в космос, а облака газа это тепло не пропускают и возвращают его обратно. Таким образом, Венера с каждым днем разогревается всё больше и больше. Нагревание планеты происходит за счет окутывающих её облаков.

Парниковый эффект присутствует не на всех планетах, а только на тех, в атмосфере которых есть главный его элемент – углекислый газ.

Чем больше мы узнаем о Венере нового, тем больше возникает новых проблем. Вот одна из них: чем объяснить столь существенное различие в химическом составе атмосфер соседних планет — Земли и Венеры?

Миллионы лет назад атмосфера нашей планеты тоже была в изобилии насыщена углекислым газом, выделявшимся из земных недр при вулканических извержениях. Но с появлением на Земле растений углекислота вес больше и больше связывалась, так как шла на образование растительной массы. Большое содержание свободной углекислоты в атмосфере Венеры, по-видимому, свидетельствует о том, что там никогда но было органической жизни, подобной земной. Следовательно, обилие углекислого газа и атмосфере соседнем планеты — явление вполне закономерное. И то, что на Венере царит очень высокая температура, тоже не случайность.

Не в меру высокая температура на планете объясняется так называемым парниковым эффектом. Физическая сущность этого явления состоит в том, что поверхность Венеры, нагреваемая солнечными лучами, отдает от себя энергию и инфракрасном (тепловом) диапазоне:. Но плотная углекислая венерианская атмосфера, да еще с небольшой приметьте паров воды, почти полностью непрозрачна для инфракрасных лучом. В результате происходит накапливание избыточного тепла — создается парниковый эффект, вследствие которого раскаляются поверхность планеты и прилегающая к пей атмосфера.

Высокая температура стала причиной и других особенностей необычного мира Венеры. Как известно, при температуре 374 °С для воды наступает так называемое критическое состояние, когда она уже независимо от величины атмосферного давления полностью переходит в пар. Следовательно, открытые водоемы на Венере могли бы находиться только в высоких широтах (не ниже 60-х параллелей), где температура не достигает критического значения. Поэтому можно было предположить, что полярные «шапки» Венеры, в отличие от земных и марсианских, представляют собой... горячие моря! Со всей же остальной, сильно раскаленной венерианской поверхности вода должна была непременно испариться.

Сейчас точно установлено, что никаких водных бассейнов па Венере нет. И в атмосфере планеты водяных паров слишком мало. Спрашивается: куда же исчезла вола? В чем причина столь сильного обезвоживания венерианской атмосферы?

Академик Александр Павлович Виноградов объяснял исчезновение воды и атмосферы Венеры усиленным (благодаря близости планеты к Cолнцу) фотохимическим процессом. В результате этого происходило разложение испарившейся воды па составные элементы: кислород и водород. Кислород окислял горные породы, а легкие атомы водорода улетучивались из атмосферы и межпланетное пространство. Тем более что рассеиванию водорода и а Венере благоприятствует несколько меньшая, чем па Земле, сила тяжести и высокая температура. Все это должно было неизбежно привести планету к «усыханию».

14 все же разложение водяного пара под действием солнечного ультрафиолета не могло привести к такому сильному высушиванию венерианской атмосферы. Что ни говори, а вопрос об исчезновении воды на Венере остается для нас большой загадкой.

Отсутствие у Венеры заметного собственною магнитного поля полностью согласуется с ее очень медленным вращением. Даже если ядро Венеры подобно земному ядру, скорость вращения планеты слишком мала, чтобы в ее ядре могли возникнуть внутренние токи, способные генерировать магнитное поле.

Структура недр Венеры, по-видимому, похожа на строение Земли. Л вот мощность теплового потока, идущего из глубин Beнеры, соответствует примерно тем значениям, которые отмечены на Земле в вулканических областях.

Сравнение Венеры с Землей было бы неполным, если бы мы не коснулись вопроса возможности жизни па этой соседней с нами планете. Самое большое препятствие для жизни на Венере — чрезвычайно высокая температура. Да и атмосферное давление нельзя сбрасывать со счета. Можно сказать, жилые существа, находящиеся на венерианской поверхности, должны постоянно испытывать на себе 90 атмосфер! Не каждый глубоководный батискаф находится в таких трудных условиях, как все то, что может оказаться на дне воздушного океана Венеры, состоящего из спрессованной углекислоты. Английский ученый Бернард Ловелл так характеризует природные условия планеты: «На Венере пришельцев ждет раскаленное, ядовитое и неприветливое окружение».

И все же полностью исключить возможность жизни на этой планете мы не вправе. Известно, что с удалением от поверхности Венеры атмосферное давление падает и температура понижается, с каждым километром высоты уменьшаясь примерно на 8 °С. Так, на главной вершине гор Максвелла температура должна быть почти на 100 °С ниже, чем у подножия. Однако и здесь она продолжает оставаться высокой и составляет около 300 °С.

Еще недавно считалось, что при такой температуре жизнь, пусть самая простейшая, становится совершенно невозможной. Но не будем торопиться со столь категоричным выводом. Вспомним хотя бы то, что па дне Тихого океана в районе Галапагосских островов были открыты горячие источники с температурой 300 °С. И что удивительно: и этих источниках обнаружены живые микроорганизмы. Почему же не допустить, что в самом примитивном виде жизнь может быть даже на Венере? Конечно, не па раскаленной поверхности планеты, а в тех слоях венерианской атмосферы, где физические условия близки к земным, то есть где температура +20 °С при давлении в 1 атмосферу. На Венере такие условия сложились где-то на высоте около 50 км над поверхностью планеты. Только вот как избавиться от излишней углекислоты и обогатить венерианскую атмосферу кислородом? Как устранить парниковый эффект?

Американский ученый-астроном Карл Саган (1934—1996) считал, что коренная перестройка атмосферы Венеры и избавление планеты от парникового эффекта — вещь вполне реальная. Для этого требуется лишь одно: наладить фотосинтез. А в атмосфере Венеры есть все необходимое для производства фотосинтеза в самых широких масштабах: углекислый газ, водяные пары, солнечный свет. Поэтому в верхние, относительно прохладные слои венерианской атмосферы ученый предлагал забросить с помощью космических аппаратов бурно размножающуюся водоросль — хлореллу. Ома очистит атмосферу от избытка углекислого газа и пополнит ее кислородом. Лишившись углекислого газа, атмосфера перестанет быть ловушкой для солнечной энергии. Когда же парниковый эффект ослабнет, температура пойдет на убыль, водяной пар сконденсируется в воду, которая обильно прольется на остывающую поверхность планеты. Это еще в большей мере уменьшит парниковый эффект, и тогда на Венере появятся условия, благоприятные для развития растительного и животного мира. Со временем климат негостеприимной планеты изменится настолько, что она, возможно, станет пригодной для обитания человека.

Что известно о климатических условиях на Венере? Какова история изучения этой планеты? Из каких газов состоит атмосфера Венеры? Чем обусловлен температурный режим на планете? Об этом рассказывает кандидат физико-математических наук Дмитрий Титов.

Земля и Венера - это две планеты-близнеца, которые образовались в одной части Солнечной системы, получают одинаковое количество солнечной энергии и имеют одинаковые размеры. Вполне разумно было ожидать, что эти две планеты представляют собой близнецов и с точки зрения климатических условий и атмосфер. При исследованиях оказалось, что эти две планеты просто антиподы. Поэтому главный вопрос, которым заняты ученые и который их интересует, - это почему две планеты, начавшие как близнецы в Солнечной системе четыре с половиной миллиарда лет назад, закончили свой эволюционный путь совершенно различными объектами. В частности, на Земле существуют вполне комфортные условия, в то время как на Венере сущий ад: огромные температуры, очень высокие давления на поверхности и так далее.

Облачный слой состоит из частиц серной кислоты, и это одно из отличий от земных облаков, которые состоят из воды. Серная кислота производится в так называемой фотохимической лаборатории у верхней границы облаков из двуокиси серы и кислорода. В результате окисления появляются молекулы серной кислоты. Основной компонентой атмосферы является двуокись углерода, и давление у поверхности достигает практически 90 атмосфер. Это очень плотная атмосфера. Скажем, на Земле такие условия достигаются на глубине порядка одного километра в океане. И из-за такой плотной двуокиси углерода появляется сильный парниковый эффект. Второй компонентой атмосферы является азот, кислорода там практически нет, есть еще небольшое количество водяного пара. Если на Земле среднее количество воды - это практически пятикилометровый слой океанов, в то время как если всю воду собрать на поверхности Венеры, то получится океан глубиной всего пять сантиметров.

Парниковый эффект - это визитная карточка Венеры, потому что там он разогнан до совершенно невообразимых условий. Парниковый эффект - это разница температуры на поверхности данной конкретной планеты с атмосферой и той температуры, которую имела бы эта планета, если убрать у нее атмосферу. То есть парниковый эффект - влияние газов аэрозоли, облаков, которые находятся в атмосфере. На Венере парниковый эффект составляет порядка 500 градусов. Это огромная величина, и создается она за счет того, что атмосфера исключительно плотная, газ двуокись углерода имеет огромное количество очень сильных полос поглощения в инфракрасной области, и эти полосы поглощения препятствуют охлаждению планеты через излучение инфракрасного диапазона спектра. Именно поэтому планета разогревается практически до красного каления. Ночью можно увидеть свечение камней.

Средняя температура поверхности Земли (или другой планеты) повышается за счет наличия у нее атмосферы.

Садоводы хорошо знакомы с этим физическим явлением. Внутри парника всегда теплее, чем снаружи, и это помогает выращивать растения, особенно в холодное время года. Вы можете почувствовать аналогичный эффект, когда находитесь в автомобиле. Причина его состоит в том, что Солнце с температурой поверхности около 5000°С излучает главным образом видимый свет — часть электромагнитного спектра , к которой чувствительны наши глаза. Поскольку атмосфера в значительной степени прозрачна для видимого света, солнечное излучение легко проникает к поверхности Земли. Стекло также прозрачно для видимого света, так что солнечные лучи проходят внутрь парника, и их энергия поглощается растениями и всеми объектами, находящимися внутри. Далее, согласно закону Стефана—Больцмана , каждый объект излучает энергию в какой-либо части электромагнитного спектра. Объекты с температурой около 15°С — средней температурой у поверхности Земли — излучают энергию в инфракрасном диапазоне. Таким образом, объекты в парнике испускают инфракрасное излучение. Однако инфракрасное излучение не может легко проходить сквозь стекло, поэтому температура внутри парника повышается.

Планета с устойчивой атмосферой, такая как Земля, испытывает практически такой же эффект — в глобальном масштабе. Чтобы поддерживать постоянную температуру, Земле необходимо самой излучать столько же энергии, сколько она поглощает из видимого света, излучаемого в нашу сторону Солнцем. Атмосфера служит как бы стеклом в парнике — она не столь прозрачна для инфракрасного излучения, как для солнечного света. Молекулы различных веществ в атмосфере (важнейшие из них — углекислый газ и вода) поглощают инфракрасное излучение, действуя как парниковые газы . Таким образом, инфракрасные фотоны, излучаемые земной поверхностью, не всегда уходят прямо в космос. Некоторые из них поглощаются молекулами парниковых газов в атмосфере. Когда эти молекулы вторично излучают энергию, которую они поглотили, они могут излучать ее как в сторону космоса, так и внутрь, обратно к поверхности Земли. Присутствие таких газов в атмосфере создает эффект укрывания Земли одеялом. Они не могут прекратить утечку тепла наружу, но позволяют сохранить тепло около поверхности более долгое время, поэтому поверхность Земли значительно теплее, чем была бы в отсутствие газов. Без атмосферы средняя температура поверхности составляла бы —20°С, что намного ниже точки замерзания воды.

Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда. Без парникового эффекта, обусловленного наличием углекислого газа в атмосфере, океаны давно бы замерзли, и высшие формы жизни не появились бы. В настоящее время научные дебаты о парниковом эффекте идут по вопросу глобального потепления : не слишком ли мы, люди, нарушаем энергетический баланс планеты в результате сжигания ископаемых видов топлива и прочей хозяйственной деятельности, добавляя при этом излишнее количество углекислого газа в атмосферу? Сегодня ученые сходятся во мнении, что мы ответственны за повышение естественного парникового эффекта на несколько градусов.

Парниковый эффект имеет место не только на Земле. В действительности самый сильный парниковый эффект, о котором мы знаем, — на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475°С. Климатологи полагают, что мы избежали такой участи благодаря наличию на Земле океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк — посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате мы наблюдаем на Венере неуправляемый парниковый эффект.

Венера – древних римлян приводила в восторг эта впечатляющего вида планета, и они назвали ее в честь богини любви и красоты. Она так красиво смотрелась на небе, что эта связь казалась очевидной. Долгое время Венера считалась нашей планетой сестрой по причине сходства структуры, силы тяготения, плотности и размера. Во многих отношениях Венера и Земля почти близнецы, они почти одинакового размера и Венера ближайшая к Земле планета.

Веками ученые считали, что эта планета, близнец Земли, покрыта глубокими океанами, густыми тропическими лесами и что климат ее создает все условия для существования там разумной жизни. До прихода космической эры считалось, что Венера очень похожа на Землю, но когда мы занялись изучением Венеры, выяснилось, что условия там совсем иные. Оказалось, что Венера не столько экзотическая сестра Земли, сколько близнец злодей. Это две очень схожих планеты по своим основным чертам, ни их эволюция носила различный характер, что заставляет нас иначе понимать проблему планетарной эволюции. Были две похожих планеты, они существовали четыре миллиарда лет и почему оказались настолько оказались настолько разными.

Климат и парниковый эффект

Проблема парникового эффекта

Последствия парникового эффекта на Венере

Причины парникового эффекта

Почему же на Венере так жарко? Ответ – в составе атмосферы. Там почти сплошь углекислый газ. Углекислый газ или CO2 составляет 95% атмосферы Венеры. И газ в таком огромном количестве удерживает больше тепла. «Это и дает очень сильный тепличный (парниковый) эффект и именно поэтому на Венере так жарко, – поясняет Дэвид Гринспун. Это пример экстремального глобально потепления».