49^ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

Πρόλογος   Εισαγωγή: Πλανητικά Καιρικά Φαινόμενα    Ερμής    Αφροδίτη    Άρης     Δίας    Κρόνος    Ουρανός    Ποσειδώνας    Πλούτωνας    Δορυφόροι 

 Γη      Επίλογος    ΕΤΗΣΙΑ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ 2019     Βιβλιογραφία

ΕΕισαγωγή : Πλανητικά Καιρικά Φαινόμενα

  Δύο είναι τα βασικά προαπαιτούμενα για την δημιουργία καιρικών φαινομένων σε έναν πλανήτη:

1.      η ύπαρξη ατμόσφαιρας εντός της οποίας μπορούν αυτά να εκδηλωθούν

2.      και μια πηγή ενέργειας, προκειμένου να τα ενεργοποιήσει.

  Η ενεργοποίηση των καιρικών φαινομένων στον πλανήτη μας προκαλείται από την ηλιακή ακτινοβολία που θερμαίνει με άνισο τρόπο την επιφάνειά του.

  Δεδομένου, όμως, ότι η ένταση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του Ήλιου μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης, όσο μακρύτερα από τον Ήλιο βρίσκεται ένας πλανήτης τόσο μικρότερη είναι και η θερμότητα που προσλαμβάνει.

Ηλιακή καταιγίδα κατευθύνεται προς τη Γη

   Σε κάποιους πλανήτες η ενέργεια που είναι απαραίτητη για την ενεργοποίηση των καιρικών φαινομένων δεν προέρχεται τόσο από τον Ήλιο, όσο από την εσωτερική τους θερμότητα.

  Πραγματικά, κάθε πλανήτης διαθέτει σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό και μια εσωτερική πηγή ενέργειας. Η ενέργεια αυτή οφείλεται κατά κύριο λόγο σε 4 φυσικές διεργασίες, οι οποίες επιδρούν συμπληρωματικά η μία στην άλλη, καθ’ όλη την διάρκεια της γεωλογικής του εξέλιξης.

1.      Η πρώτη απ’ αυτές είναι η βαρυτική συστολή, το γεγονός δηλαδή ότι κατά τα πρώτα κυρίως στάδια του σχηματισμού τους, οι πλανήτες συσσωρεύουν όλο και μεγαλύτερες ποσότητες ύλης και, καθώς η μάζα τους αυξάνεται, η βαρυτική έλξη προς το κέντρο τους μεγαλώνει. Αυτό, όμως, έχει ως αποτέλεσμα την μικρή συρρίκνωση του πλανήτη και κατά συνέπεια την μετατροπή μέρους της βαρυτικής του ενέργειας σε θερμότητα.

2.  Ο δεύτερος μηχανισμός παραγωγής θερμότητας στο εσωτερικό ενός πλανήτη οφείλεται στο γεγονός ότι τα πρωτοπλανητικά «έμβρυα» απ’ τα οποία προήλθαν οι πλανήτες ήταν αρχικά σε ρευστή κατάσταση, γεγονός που επέτρεψε στα βαρύτερα μέταλλα να «βυθιστούν» προς το κέντρο τους, μετατρέποντας την βαρυτική δυναμική τους ενέργεια σε θερμότητα.

3.      Ο βομβαρδισμός των πλανητών από αναρίθμητους αστεροειδείς και κομήτες στα πρώτα κυρίως στάδια της εξέλιξης του Ηλιακού μας συστήματος, είναι ο τρίτος φυσικός μηχανισμός που μπορεί να αυξήσει την εσωτερική τους θερμότητα,

4.      ενώ ο τελευταίος σχετίζεται με την φυσική διάσπαση των ραδιενεργών στοιχείων που εμπεριέχει.

  Παρόλα αυτά, όσον αφορά στον Ερμή, στην Αφροδίτη, στην Γη και στον Άρη, η θερμότητα που ενεργοποιεί τα καιρικά τους φαινόμενα οφείλεται πρωτίστως στην ακτινοβολία του Ήλιου, ενώ όπως θα δούμε παρακάτω επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό και από την σύσταση της ατμόσφαιράς τους και κατά συνέπεια από το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

  Με εξαίρεση τον Ουρανό, αντιθέτως, οι αέριοι γίγαντες του Ηλιακού μας συστήματος εκλύουν τουλάχιστον διπλάσια θερμότητα απ’ όση προσλαμβάνουν από τον Ήλιο και κατά συνέπεια τα καιρικά φαινόμενα σ’ αυτούς ενεργοποιούνται κυρίως από την θερμότητα που συνεχίζουν να εκλύουν από τα βάθη τους.

  Η θερμική ακτινοβολία του Δία, για παράδειγμα, οφείλεται πρωτίστως στο φαινόμενο της βαρυτικής συστολής, δηλαδή στην αργή του συμπίεση κάτω από το ίδιο του το βάρος, μέσω της οποίας μέρος της βαρυτικής του ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα.

Πλανήτης Δίας

  Η θερμότητα αυτή, σε συνδυασμό με την ταχύτατη περιστροφή του Δία γύρω από τον άξονά του, ενεργοποιεί ανέμους, που παρασύρουν τα νέφη αμμωνίας που βρίσκονται στην ατμόσφαιρά του σε κατευθύνσεις παράλληλες προς τον ισημερινό του, σχηματίζοντας χαρακτηριστικές ζώνες, οι οποίες κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις σε σχέση με τις γειτονικές τους.

  Στις περιοχές, μάλιστα, όπου γειτονικές ζώνες εφάπτονται, μπορούν να σχηματιστούν τεράστιες δίνες, με χαρακτηριστικότερο παράδειγμα την Μεγάλη Κόκκινη Κηλίδα, μία ταχύτατα περιστρεφόμενη θύελλα, που μαίνεται εδώ και τουλάχιστον 300 χρόνια.

  Επιστρέφοντας, τώρα, στους βραχώδεις πλανήτες του Ηλιακού μας συστήματος, η μέση επιφανειακή τους θερμοκρασία καθορίζεται από τρεις παράγοντες: την μέση απόστασή τους από τον Ήλιο, την ανακλαστικότητα της επιφάνειάς τους και την ατμόσφαιρα που τους περιβάλει.   

  Προφανώς, όσο πλησιέστερα βρίσκεται ένας πλανήτης στον Ήλιο, τόσο μεγαλύτερη είναι και η ενέργεια που προσλαμβάνει.

  Από την άλλη, όμως, το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφά σε σχέση μ’ αυτό που ανακλά στο Διάστημα δεν καθορίζεται μόνο από τα υλικά της επιφάνειάς του, αλλά και από την έκταση της νεφοκάλυψης.

  Πραγματικά, η παρουσία πυκνών νεφών μπορεί να συμβάλει στην μείωση της θερμοκρασίας ενός πλανήτη, ανακλώντας μέρος της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, ταυτόχρονα όμως μπορεί να συμβάλει και στην αύξηση της θερμοκρασίας του, παγιδεύοντας μέρος της θερμικής ενέργειας που επανεκπέμπει το έδαφός του, το οποίο θερμαίνεται από τον Ήλιο.

Πολύ κοντινή άποψη των νεφών του Δία

  Η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, όμως, παίζει ακόμη πιο καθοριστικό, αλλά και σύνθετο ρόλο στην διαμόρφωση των καιρικών συνθηκών. Η έκταση και η πυκνότητα της ατμόσφαιρας που περιβάλει έναν πλανήτη καθορίζονται από 4 παράγοντες: την βαρύτητα του πλανήτη, την θερμοκρασία της ατμόσφαιράς του, το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την ύπαρξη ή μη πλανητικού μαγνητικού πεδίου.

  Πραγματικά, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα και κατά συνέπεια η βαρυτική έλξη ενός πλανήτη, τόσο πιο δύσκολα μπορούν να διαφύγουν τα μόρια που την αποτελούν στο Διάστημα.

  Αντιθέτως, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του, τότε τα μόρια της ατμόσφαιράς του μπορούν να αποκτήσουν αρκετή κινητική ενέργεια, ώστε τα ελαφρύτερα απ’ αυτά να διαφεύγουν ευκολότερα από την βαρυτική του έλξη.

  Με άλλα λόγια, η βαρύτητα και η θερμοκρασία δρουν αντίθετα η μία στην άλλη. Αυτός είναι και ο βασικός λόγος για τον οποίο οι αέριοι γίγαντες του Ηλιακού μας συστήματος, έχοντας πολύ μεγαλύτερες μάζες και πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες από τους βραχώδεις πλανήτες, συγκρατούν γύρω τους πυκνή και μεγάλης έκτασης ατμόσφαιρα, η οποία αποτελείται κυρίως από τα ελαφρύτερα στοιχεία υδρογόνο και ήλιο.

  Αντιθέτως, ο Ερμής, η Αφροδίτη, η Γη και ο Άρης, όντας αρκετά μικρότεροι και θερμότεροι από τους αέριους γίγαντες, συγκρατούν γύρω τους πιο αραιές ατμόσφαιρες, οι οποίες απαρτίζονται κυρίως από βαρύτερα μόρια, όπως το άζωτο και το διοξείδιο του άνθρακα.

  Είναι σημαντικό να σημειωθεί εδώ ότι η εγγύτητα ενός πλανήτη στον Ήλιο δεν είναι ο μοναδικός παράγοντας που διαμορφώνει την μέση θερμοκρασία του. Για του λόγου το αληθές υπενθυμίζουμε ότι η Αφροδίτη έχει υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες από τον Ερμή, παρόλο που η ακτίνα της τροχιάς της είναι μεγαλύτερη. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

  Πραγματικά, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη (όπως υδρατμοί και διοξείδιο του άνθρακα, CO₂), τόσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό της υπέρυθρης ακτινοβολίας που παγιδεύει.

  Η ύπαρξη ατμόσφαιρας, λοιπόν, περιορίζει τον ρυθμό με τον οποίο ένας πλανήτης αποβάλλει θερμότητα, αυξάνοντας την θερμοκρασία του, ενώ συμβάλει και στην πιο ομοιόμορφη κατανομή της σ’ ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη και συνεπώς στην καλύτερη εξισορρόπηση των θερμοκρασιών.

 Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την σύσταση της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη είναι η ύπαρξη του μαγνητικού πεδίου που ενδεχομένως παράγει στο εσωτερικό του. Χωρίς αυτό το μαγνητικό πεδίο, τα ενεργητικά σωματίδια του ηλιακού ανέμου, τα οποία συγκρούονται με τα ελαφρύτερα στοιχεία που βρίσκονται στα ανώτερα στρώματα τα ατμόσφαιράς του, τους προσδίδουν τέτοιες ταχύτητες, που είναι ευκολότερο γι’ αυτά να διαφύγουν από την βαρυτική έλξη του πλανήτη τους.

Μαγνητικό πεδίο Γης

 Οι μετεωρολογικές παράμετροι (άνεμος, θερμοκρασία, υγρασία και πίεση) που καθορίζουν τον καιρό στους πλανήτες του ηλιακού συστήματος έχουν άμεση συνάφεια με την ατμόσφαιρα του κάθε πλανήτη ξεχωριστά.

  Η διαφορετικότητα των επιμέρους στοιχείων της κάθε ατμόσφαιρας (χημική σύσταση, βάρος κλπ) είναι αυτή που τελικά καθορίζει και την μοναδικότητα του καιρού στους 8 πλανήτες. Ωστόσο, υπάρχουν και δευτερογενή στοιχεία, εκτός των ατμοσφαιρικών, που επηρεάζουν σημαντικά τις καιρικές συνθήκες στους πλανήτες, όπως η μέση απόσταση από τον ήλιο, το πόσο ελλειπτικές ή κυκλικές είναι οι τροχιές των πλανητών γύρω από τον Ήλιο (εκκεντρότητα) και τέλος η λόξωση της εκλειπτικής τους (η γωνία που σχηματίζει ο άξονας ιδιοπεριστροφής των πλανητών με το επίπεδο της περιφοράς τους γύρω από τον Ήλιο). Χρήσιμες παράμετροι για τους 8 πλανήτες αναγράφονται στον επόμενο πίνακα:

α. H πίεση και η βαρύτητα αναφέρονται σχετικά με τις αντίστοιχες τιμές στην Γη. Για παράδειγμα, η επιφανειακή πίεση στην Αφροδίτη είναι 92 φορές μεγαλύτερη από εκείνη της Γης.

β. Αναγράφεται η μάζα της ατμόσφαιρας των εσωτερικών πλανητών, δηλαδή αυτών με στερεή επιφάνεια.

γ. Η παράμετρος e συμβολίζει την εκκεντρότητα του κάθε πλανήτη. Δηλαδή, μετράει κατά πόσο ο πλανήτης περιφέρεται ελλειπτικά ή κυκλικά γύρω από τον Ήλιο στην διάρκεια της τροχιάς του.

δ. Η έλλειψη σταθερής ατμόσφαιρας του Ερμή, λόγω της εγγύτητάς του με τον Ήλιο, είναι υπεύθυνη για την απουσία ατμοσφαιρικού ανέμου. Ωστόσο, υπάρχει μία λεπτή εξώσφαιρα η οποία ανανεώνεται και αλλάζει συνεχώς λόγω του ισχυρού ηλιακού ανέμου.