Во-первых, немного истории: известно, что с высотой воздух становится холоднее и тоньше, но в 1902 году ученый по имени Леон Тейссеренк де Борт с помощью воздушных шаров с приборами обнаружил точку в атмосфере Земли на высоте от 40000 до 50000 футов, где воздух перестает охлаждаться. и начинает теплее.
Он назвал этот невидимый поворот «тропопаузой» и придумал термины «стратосфера» для атмосферы наверху и «тропосфера» для слоя ниже, где мы живем — термины, которые используются до сих пор.
Затем, в 1980-х годах, космический аппарат НАСА обнаружил, что тропопаузы также присутствуют в атмосферах планет Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а также самого большого спутника Сатурна, Титана. И что примечательно, все эти точки поворота происходят примерно на одном уровне в атмосфере каждого из этих разных миров — при давлении около 0.1 бар, или около одной десятой давления воздуха у поверхности Земли.
Теперь статья астронома из UW Тайлера Робинсона и планетолога Дэвида Кэтлинга опубликована в декабре. 8 в журнале Nature Geoscience использует основы физики, чтобы показать, почему это происходит, и предполагает, что тропопаузы, вероятно, являются общими для миллиардов планет и лун с толстой атмосферой по всей галактике.
«Объяснение кроется в физике инфракрасного излучения», — сказал Робинсон. Атмосферные газы получают энергию, поглощая инфракрасный свет от освещенной солнцем поверхности каменистой планеты или от более глубоких частей атмосферы планеты, такой как Юпитер, у которой нет поверхности.
Используя аналитическую модель, Кэтлинг, профессор наук о Земле и космосе, и Робинсон, доктор астрономии, показали, что на больших высотах атмосфера становится прозрачной для теплового излучения из-за низкого давления. Выше уровня, на котором давление около 0.1 бар, поглощение видимого или ультрафиолетового света вызывает нагревание атмосферы планет-гигантов, а также Земли и Титана с увеличением высоты.
Они пишут, что физика дает практическое правило — давление около 0.1 бар на обороте тропопаузы — что должно относиться к огромному количеству планетных атмосфер со стратосферными газами, поглощающими ультрафиолет или видимый свет.
Астрономы могли бы использовать это открытие для экстраполяции условий температуры и давления на поверхности планет и определения того, являются ли миры потенциально пригодными для жизни — ключевым моментом является то, допускают ли условия давления и температуры жидкую воду на поверхности каменистой планеты.
"Тогда у нас есть место, где мы можем начать характеризовать этот мир", — сказал Робинсон. «Мы знаем, что температуры будут повышаться ниже тропопаузы, и у нас есть некоторые модели того, как мы думаем, что эти температуры повышаются — поэтому, учитывая, что эта нога поднята, мы можем начать экстраполировать вниз к поверхности."
Он добавил: «Замечательно, что общая физика не только объясняет, что происходит в атмосферах Солнечной системы, но также может помочь в поисках жизни в других местах."Финансирование исследования было предоставлено виртуальной планетарной лабораторией Института астробиологии НАСА.