Atmosfera planet

Atmosfera yang tipis di planet Marikh

Lapisan-lapisan atmosfera di Bumi

Atmosfera (dari Yunan iἀτμός (atmos), bermaksud 'wap air', dan σφαῖρα (sphaira), bermaksud 'sfera') adalah satu atau beberapa buah lapisan gas yang mengelilingi sebuah planet atau jasad cakerawala lain, yang dikekalkan oleh graviti pada objek itu. Sebuah atmosfera lebih cenderung untuk kekal jika graviti itu sesebuah objek itu tinggi dan suhu atmosfera pula rendah.

Atmosfera Bumi terdiri daripada nitrogen (kira-kira 78%), oksigen (kira-kira 21%), argon (kira-kira 0.9%) dengan karbon dioksida dan gas lain dalam jumlah surih. Oksigen digunakan oleh kebanyakan organisma untuk pernafasan; nitrogen diperikat oleh bakteria dan kilat untuk menghasilkan ammonia yang digunakan dalam pembinaan nukleotida dan asid amino; karbon dioksida pula digunakan oleh tumbuh-tumbuhan, alga dan sianobakteria untuk fotosintesis. Atmosfera membantu melindungi organisma hidup daripada kerosakan bahan genetik sel-sel oleh radiasi ultraungu matahari, angin suria dan sinaran kosmik. Komposisi atmosfera bumi kini adalah hasil daripada pengubahsuaian biokimia pada paleoatmosphera setelah berbilion tahun oleh organisma hidup.

Istilah 'atmosfera bintang' menggambarkan lapisan luar sesebuah bintang dan biasanya merangkumi bahagian di atas fotosfera legap. Bintang dengan suhu yang cukup rendah mungkin mempunyai atmosfera luar dengan molekul majmuk.

Tekanan

Tekanan atmosfera di lokasi tertentu adalah daya dibahagikan setiap unit luas berserenjang dengan permukaan yang ditentukan oleh berat lajur atmosfera menegak di atas lokasi tersebut. Di Bumi, unit tekanan udara adalah berdasarkan atmosfera piawai (atm) yang diiktiraf di peringkat antarabangsa, yang ditakrifkan sebagai 101.325 kPa (760 Torr atau 14.696 psi). Ianya diukur dengan barometer.

Tekanan atmosfera berkurangan dengan peningkatan altitud disebabkan oleh jisim gas yang semakin berkurangan. Ketinggian di mana tekanan dari atmosfera menurun dengan faktor e (sebuah nombor tak nisbah dengan nilai 2.71828 ...) dipanggil ketinggian skala dan dilambangkan oleh H. Untuk atmosfera dengan suhu seragam, ketinggian skala adalah berkadaran dengan suhu dan berkadar songsang dengan hasil daraban purata jisim molekul udara kering dan pecutan graviti setempat di lokasi tersebut. Untuk atmosfera yang sempurna sedemikian, tekanan menurun secara eksponen dengan peningkatan altitud. Walau bagaimanapun, atmosfera tidak seragam dalam suhu, jadi anggaran tekanan atmosfera di mana-mana altitud tertentu adalah lebih kompleks.

Pelupusan atmosfera

Graviti permukaan berbeza dari planet ke planet lain. Contohnya, kuasa tarikan graviti yang kuat di Musytari mengekalkan gas-gas ringan seperti hidrogen dan helium yang dilepaskan dari objek dengan graviti yang lebih rendah. Kedua, jarak dari Matahari menentukan tenaga yang tersedia untuk memanaskan gas atmosfera ke titik di mana segelintir gerakan haba molekulnya melampaui halaju lepas planet itu, yang membolehkan mereka melepaskan diri dari tarikan graviti. Oleh itu, Titan, Triton, dan Pluto yang jauh dan sejuk mampu mengekalkan atmosfera walaupun mereka memiliki daya graviti yang rendah.

Oleh kerana koleksi molekul gas mungkin bergerak pada pelbagai halaju, akan sentiasa ada yang cukup laju untuk menyebabkan pelolosan sedikit gas ke angkasa. Molekul yang lebih ringan bergerak lebih cepat daripada yang lebih berat walaupun dengan tenaga kinetik termal yang sama, maka gas berjisim molekul rendah hilang lebih cepat daripada gas berjisim molekul yang tinggi. Ada teori mengatakan bahawa Zuhrah dan Marikh mungkin telah kehilangan banyak air, setelah difotohuraikan menjadi hidrogen dan oksigen oleh sinaran ultraungu matahari, apabila hidrogen dilepaskan. Medan magnet bumi membantu untuk mengelakkan kejadian ini, di mana angin suria pasti akan tingkatkan pelepasan hidrogen. Walau bagaimanapun, sepanjang 3 bilion tahun yang lalu Bumi mungkin kehilangan gas melalui daerah kutub magnet akibat fenomena aurora borealis, termasuk 2% jumlah oksigen atmosfera. Kesan keseluruhan ini, dengan mengambil kira proses pelepasan gas yang paling penting, ialah medan magnet tidak melindungi planet dari pelepasan atmosfera dan bahawa untuk beberapa pemagnetan, kehadiran medan magnet berfungsi untuk meningkatkan kadar pelepasan gas.

Cara lain yang boleh menyebabkan pengurangan atmosfera adalah percikan yang disebabkan oleh angin suria, hakisan oleh hentaman, luluhawa, dan pemencilan—kadang-kadang disebut sebagai "penyejukbekuan"—ke regolitos dan tukup kutub.

Permukaan

Atmosfera juga mempunyai kesan pada permukaan jasad cakerawala. Objek yang tidak mempunyai atmosfera, atau yang hanya mempunyai eksosfera, mempunyai permukaan yang dipenuhi dengan kawah hentaman. Tanpa atmosfera, planet tidak mempunyai perlindungan daripada meteoroid, dan semua mereka menghentam permukaan sebagai meteorit dan membentuk kawah.

Kebanyakan meteoroid terbakar sebagai meteor sebelum jatuh ke permukaan planet. Jika meteoroid jatuh ke permukaan, kesannya sering dipadamkan oleh angin. Akibatnya, kawah jarang berlaku pada dengan atmosfera kerana udara terkumpul dapat membentuk angin.

Hakisan angin adalah faktor penting dalam membentuk rupa planet dengan atmosfera, dan dengan masa dapat memadamkan kesan kawah dan gunung berapi. Di samping itu, oleh kerana cecair tidak boleh wujud tanpa tekanan, atmosfera membenarkan cecair hadir di permukaan, menghasilkan tasik, sungai dan lautan. Bumi dan Titan diketahui mempunyai cecair di permukaan dan permukaan di planet Marikh menunjukkan bahawa ia mempunyai cecair pada masa lalu.

Komposisi

Gas atmosfera bumi menyerakkan cahaya biru lebih daripada panjang gelombang lain, memberikan Bumi sebuah lingkaran biru apabila dilihat dari ruang angkasa

Komposisi atmosfera awal planet berkait dengan kimia dan suhu nebula suria tempatan semasa pembentukan planet dan pelepasan gas dalaman. Atmosfera asal bermula dengan cakera gas berputar yang runtuh untuk membentuk satu siri cincin berjarak yang mempeluwap untuk membentuk planet. Atmosfera planet kemudian diubah suai dari masa ke semasa dengan pelbagai faktor, memberikan hasil-hasil yang berbeza.

Atmosfera planet Zuhrah dan Marikh terdiri daripada karbon dioksida, dengan jumlah kecil nitrogen, argon, oksigen dan gas surih lain.

Komposisi atmosfera bumi selalu berubah dengan keluaran sampingan organisma yang ia kandungi. Udara kering dari atmosfera Bumi mengandungi 78.08% nitrogen, 20.95% oksigen, 0.93% argon, 0.04% karbon dioksida, dan unsur surih hidrogen, helium dan gas nadir lain-lain (mengikut isipadu), tetapi jumlah wap air juga hadir, secara purata kira-kira 1% di paras laut.

Suhu rendah dan graviti yang kuat pada planet-planet raksasa sistem suria—Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun—membolehkan mereka lebih mudah untuk mengekalkan gas dengan jisim molekul rendah. Planet-planet ini mempunyai atmosfera hidrogen-helium, dengan jumlah surih sebatian yang lebih kompleks.

Dua satelit planet luar mempunyai atmosfera yang bererti. Titan, bulan Zuhal, dan Triton, bulan Neptun, mempunyai atmosfera nitrogen. Apabila di kawasan orbitnya yang paling dekat dengan Matahari, Pluto mempunyai atmosfera daripada nitrogen dan metana yang sama dengan Triton, tetapi gas ini beku ketika ia jauh dari Matahari.

Jasad lain dalam sistem suria mempunyai atmosfera yang sangat tipis yang tidak berseimbang. Ini termasuk Bulan (gas natrium), Utarid (gas natrium), Europa (oksigen), Io (sulfur), dan Enceladus (wap air).

Eksoplanet yang komposisi atmosferanya pertama kali ditentukan ialah HD 209458b, sebuah planet gas dengan orbit berdekatan sebuah bintang di buruj Pegasus. Atmosferanya bersuhu lebih daripada 1,000K dan ia semakin bebas ke angkasa. Hidrogen, oksigen, karbon dan belerang telah dikesan dalam atmosfera yang kembang.

Struktur atmosfera

Bumi

Atmosfera bumi terdiri daripada beberapa lapisan yang berbeza sifat dari segi komposisi, suhu dan tekanan. Lapisan terendah ialah troposfera, yang menjangkau dari permukaan ke bahagian bawah stratosfera. Tiga perempat daripada jisim atmosfera berada di dalam troposfera, dan merupakan lapisan di mana cuaca di Bumi terhasil. Kedalaman lapisan ini adalah 17 km di garis khatulistiwa dan 7 km di kutub. Stratosfera, yang bermula dari bahagian atas troposfera ke bahagian bawah mesosfera, mengandungi lapisan ozon. Ketinggian lapisan ozon adalah antara 15 dan 35 km, dan adalah di mana kebanyakan sinaran ultraungu Matahari diserap. Bahagian atas mesosfera, berjangkau antara 50 hingga 85 km, dan merupakan lapisan di mana kebanyakan meteor terbakar. Termosfera menjangkau dari 85 km ke dasar exosfera pada 690 km dan mengandungi ionosfera, sebuah kawasan di mana atmosfera diionisasikan oleh sinaran suria. Iosfera menebal dan bergerak lebih dekat ke Bumi pada waktu siang dan naik pada waktu malam yang memberi julat frekuensi radio komunikasi yang lebih luas. Garisan Kármán, yang terletak di dalam termosfera pada ketinggian 100 km, lazimnya digunakan untuk menentukan sempadan antara atmosfera Bumi dan ruang angkasa Bumi. Eksosfera bermula dari sekitar 690 hingga 1,000 km dari  permukaan, di mana ia berinteraksi dengan magnetosfera planet. Setiap lapisan mempunyai kadar lelap berbeza, menentukan kadar perubahan suhu dengan ketinggian.

Lain-lain

Jasad lain seperti yang disenaraikan telah diketahui mempunyai atmosfera.

Dari Sistem Suria

Graf halaju lepas dan suhu permukaan beberapa objek Sistem Suria yang menunjukkan gas yang dikekalkan. Objek dilukis mengikut skala asal, dan titik data mereka berada di titik hitam di tengah.

• Atmosfera Matahari
• Atmosfera Utarid
• Atmosfera Zuhrah
• Atmosfera Bumi
  • Atmosfera Bulan
• Atmosfera Marikh
• Atmosfera Ceres
• Atmosfera Musytari
  • Atmosfera Io
  • Atmosfera Callisto
  • Atmosfera Europa
  • Atmosfera Ganymede
• Atmosfera Zuhal
  • Atmosfera Titan
  • Atmosfera Enceladus
• Atmosfera Uranus
  • Atmosfera Titania
• Atmosfera Neptun
  • Atmosfera Triton
• Atmosfera Pluto

Luar Sistem Suria

• Atmosfera HD 209458 b

Peredaran

Peredaran atmosfera berlaku kerana perbezaan haba apabila perolakan menjadi pengangkut haba yang lebih efisien daripada sinaran terma. Di planet-planet di mana sumber haba utama ialah sinaran matahari, haba yang berlebihan di kawasan tropika diangkut ke latitud yang lebih tinggi. Apabila sebuah planet menghasilkan sejumlah besar haba secara dalaman, seperti yang berlaku untuk Musytari, perolakan di atmosfera dapat mengangkut tenaga termal dari suhu-suhu yang lebih tinggi hingga ke permukaan.

Kepentingan

Dari pandangan ahli geologi planet, atmosfera bertindak membentuk permukaan planet. Angin memungut debu dan zarah-zarah lain yang, apabila mereka bertembung dengan muka planet, hakiskan permukaan dan tinggalkan deposit (proses bawaan angin). Ibun dan kerpasan, yang bergantung kepada komposisi atmosfera, juga mempengaruhi rupa bumi. Perubahan iklim boleh mempengaruhi sejarah geologi planet. Sebaliknya pula, mengkaji permukaan Bumi membawa kepada pemahaman tentang atmosfera dan iklim planet-planet lain.

Bagi ahli meteorologi, komposisi atmosfera bumi adalah faktor yang mempengaruhi iklim dan variasinya.

Bagi ahli biologi atau ahli paleontologi, komposisi atmosfera bumi sangat bergantung kepada kemunculan kehidupan dan evolusinya.

Lihat juga

• Atmometer (evaporimeter)
• Tekanan atmosfera
• Atmosfera Piawai Antarabangsa 
• Garisan Kármán
• Langit

Bacaan lanjut

• Sanchez-Lavega,, Agustin (2010). An Introduction to Planetary Atmospheres. Taylor & Francis. ISBN 978-1-4200-6732-3.CS1 maint: extra punctuation (link)

Pautan luar

• Properties of atmospheric strata - The flight environment of the atmosphere
• Atmosphere - an Open Access journal