אטמוספירה

אַטְמוֹסְפֵירָה (מיוונית: ἀτμός ("אטמוס") – גז, קיטור, σφαῖρα ("ספאִירה") – כדור, כיפת השמיים; בעברית: אווירה) היא שם כולל למעטפת הגזים שמקיפה כוכב לכת או כל גוף שמימי בעל מסה משמעותית. הגזים נמשכים אל הגוף בגלל כוח המשיכה שלו. לכוכבי לכת יש אטמוספירות שונות, הן בהרכב הגזים שהיא מכילה, בצפיפותה, בעוביה, גובהה ומאפיינים אחרים.

אטמוספירת כדור הארץ היא שמאפשרת את החיים על פני כדור הארץ, בניגוד לכוכבי לכת אחרים, בכך שהיא סופגת את מרבית הקרינה האולטרה סגולה המגיעה מהשמש וגורמת למיתון הבדלי הטמפרטורה בין היום והלילה.

מאפיינים
האטמוספירה של כוכבי הלכת סמיכה ביותר סמוך לקרקע, בשל כוח המשיכה, וככל שעולים גבוה יותר, היא דלילה יותר. בגובה רב היא נמוגה אל החלל הריק.

גזים אטמוספיריים בורחים לחלל דרך קבע, כאשר מהירותן של מולקולות בודדות עוברת את מהירות הבריחה של הגוף. הבריחה קיימת אפילו בגופים קרים, מפני שמולקולות גז זזות במהירויות שונות בכל טמפרטורה, וגז בלחץ נמוך, כמו הגז הסמוך לריק של החלל החיצון, רותח בנקל. בריחת הגז גורמת לכך שגופים שמימיים בעלי מסה נמוכה, כגון הירח של כדור הארץ, אינם יכולים להחזיק באטמוספירה משמעותית.

מולקולות קלות יותר נעות מהר יותר ביחס למולקולות כבדות בעלות אותה אנרגיה תרמית, ולכן גזים בעלי משקל מולקולרי נמוך אובדים בקצב מהיר יותר מאלה שמשקלם המולקולרי גבוה.

האטמוספירה של כדור הארץ

אטמוספירת כדור הארץ נקראת אוויר. עובייה 560 קילומטרים (אף שיש הגדרות המדברות על 1000 ק"מ). משקלה בגובה האדמה יוצר את לחץ האוויר שתחתיו התפתחו כל יצורי היבשה. חנקן וחמצן מהווים 99 אחוזים מתכולתה. כמות החנקן גדולה פי 4 בערך מכמות החמצן. האחוז הנותר מכיל פחמן דו-חמצני וגזים אצילים (שאינם פעילים מבחינה כימית), כגון ארגון, הליום וניאון. היחסים בין הגזים השונים קבועים בדרך כלל.

מדעי האטמוספירה עוסקים בהבנת התהליכים הכימיים והפיזיקליים הקובעים את מערכות מזג האוויר, האקלים, ומערכות הגשם (עננים), את השינויים החלים בהן מסיבות טבעיות ומעשה ידי האדם ואת חקר שכבות האוויר העוטפות את כדור הארץ.

היווצרות האטמוספירה של כדור הארץ
האטמוספירה נוצרה עם היווצרות כדור הארץ, והכילה רק שני גזים- מימן והליום. כעבור עשרות מיליוני שנים החל כדור הארץ להתקרר, ונפלטו אל האטמוספירה גזים שהיו בתוך המאגמה. הגזים גרמו לשינוי בהרכב האטמוספירה. במהלך הזמן השתנה הרכב הגזים של האטמוספירה, והיא הפכה משכבה רעילה לשכבה שמכילה גזים המאפשרים חיים על פני כדור הארץ. לפני כ-3.5 מיליארד שנים הופיעו  ציאנו-בקטריות אשר הפיקו אנרגיה באמצעות תהליך הפוטוסינתזה, הם קלטו פחמן דו-חמצני ופלטו חמצן, מה שהוביל ליצירת שכבת האוזון. עם השנים החמצן הצטבר ואפשר חיים על פני כדור הארץ.

האטמוספירה בשאר מערכת השמש

השמש 

החלק החיצוני של פני השמש, זה הנראה לעין ושממנו נפלטת קרינת השמש לחלל, הוא הפוטוספירה, שעוביה כמה מאות קילומטרים. מעל הפוטוספירה מצויה האטמוספירה של השמש, צבעה כתום והיא מכונה כרומוספירה, עובייה כ־2,000 ק"מ. מעבר לכרומוספירה מצויה שכבת מעבר שעובייה כ־75,000 קילומטר, ומעבר לה מצויה העטרה שבה ניתן לחזות בשעת ליקוי חמה מלא.

הירח
לירח של כדור הארץ אטמוספירה דלילה ביותר שמורכבת בעיקר ממימן, מהליום, מניאון ומארגון, וכן מכמויות קטנות יותר של חומרים אחרים כמו פחמן דו-חמצני, ראדון, מתאן, אמוניה, עקבות של חמצן וכמות מזערית של אדי מים. המקור לגזי האטמוספירה אינו ברור לגמרי, אך משוער כי הם נובעים ממספר מקורות: רוח השמש, קרינת השמש, מרבצי סלעים רדיואקטיביים, מיקרו-מטאוריטים וגזי פליטה של חלליות אפולו.

הבדל הטמפרטורות העצום בירח בין היום (100 מעלות צלזיוס) ללילה (170- מעלות צלזיוס), יוצר סחף של אטמוספירה לכיוון הצד הקר. זאת מכיוון שהגזים שבו קופאים ושוקעים על הקרקע ובכך יוצרים מפל לחצים קל אשר מושך אליו את הגזים של האזור החם.

כוכב-חמה
אטמוספירת כוכב־חמה היא דקה מאוד עד שלרוב מתייחסים אל כוכב־חמה כחסר אטמוספירה. ה"אטמוספירה" של כוכב־חמה מורכבת בעיקר מאשלגן, נתרן וחמצן. נהוג לכנות אטמוספירה כזו אקסוספירה.

האטומים המרכיבים את האטמוספירה אובדים לחלל ללא הרף, עם אורך חיים ממוצע של כשלוש שעות עבור אטומי האשלגן והסידן (במהלך היום) ורק מחצית מכך בפריהליון. האטמוספירה של כוכב־חמה דלילה מכדי שתוכל להעביר קול ודלילה מכדי שתוכל לפזר גלי אור, ולכן השמים שם ייראו תמיד שחורים.

נוגה
האטמוספירה של נוגה צפופה מאוד, והיא למעשה מסך כבד של עננים, העוטף את פני השטח ויוצר אטמוספירה של כבשן לוהט המורכב בעיקר מפחמן דו־חמצני ומכמויות קטנות של חנקן. הלחץ בפני השטח הוא פי 90 מבכדור הארץ. הכמות העצומה של CO2 באטמוספירה גורמת לאפקט חממה חזק, והוא מעלה את טמפרטורת פני השטח ביותר מ־400°C וגורם לה להגיע לטמפרטורת גבוהות של 500°C במקומות נמוכים סמוך לקו המשווה. כך פני השטח של נוגה לוהטים אף יותר משל כוכב חמה, אף שנוגה רחוק כמעט פי שניים מהשמש ומקבל רק 25% מהקרינה הסולרית.

מאדים
האטמוספירה של מאדים דלילה מאוד. לחץ האוויר בפני השטח הוא רק 10 מיליבר, כ־1% בלבד מהלחץ הממוצע שעל־פני כדור הארץ. גובהה של האטמוספירה הוא כ־11 קילומטר. האטמוספירה של מאדים מורכבת מ־95% פחמן דו־חמצני, 3% חנקן, 1.6% ארגון ומעט חמצן ומים. ב־2003 נמצאו גם עדויות לנוכחות של מתאן באטמוספירה. יש עדויות לכך שבזמנים קדומים, כמות אדי המים באטמוספירה של מאדים הייתה גדולה יותר, אלא שעקב מחסור באוקיינוסים וצורות חיים שיקלטו את אדי המים והחמצן, נקלטו אדי המים והחמצן בקרקע של מאדים, העשירה בברזל, הברזל התחמצן ומכאן צבעו האדמדם של כוכב הלכת. באטמוספירה של מאדים מתחוללות סופות אבק, ב־2018 התרחשה סופה שכיסתה חלקים גדולים מהפלנטה.

צדק
האטמוספירה של צדק מהווה אחוז מהמסה הכוללת שלו, להשוואה האטמוספירה של כדור הארץ מהווה פחות ממליונית ממסת כדור הארץ. האטמוספירה מורכבת בעיקר ממימן (כ־90%) ומהליום (כ־10%). האטמוספירה מורכבת גם מכמויות מזעריות של מתאן, אדי מים, אמוניה וחומרים נוספים. היא מורכבת גם מכמויות זעומות של פחמן, אתאן, מימן גופרתי, ניאון, חמצן, פוספין וגפרית. השכבה החיצונית של האטמוספירה מכילה גבישים של אמוניה קפואה.

השכבה החיצונית של האטמוספירה, שעובייה 3,000 קילומטר, מורכבת מחגורות מתחלפות של זרמי סילון, כשכל חגורה נעה בכיוון מנוגד לשכנותיה.

שבתאי
באטמוספירה של שבתאי, כמו בזו של צדק, ישנם עננים המסודרים בפסים צבעוניים. עננים אלה מורכבים מאמוניה ומתרכובות גפרית. סערות עזות ורוחות חזקות נושבות באטמוספירה, ויוצרות מערבולות. לפי נתונים שהתקבלו מהחללית "קאסיני", למערכת הטבעות העצומה של שבתאי יש אטמוספירה משלה.

אורנוס
לאורנוס יש אטמוספירה צפופה של מימן, הליום, ומתאן, ומעטפת של מים, אמוניה וקרח מתאן. במרכזו יש ליבת ברזל-צורן. ענניו העליונים מורכבים בין היתר ממימן גופרתי. הרוחות באטמוספירה נושבות במהירות של 500 קמ"ש. הגשושית וויאג'ר 2 חקרה את האטמוספירה הייחודית של כוכב הלכת, שנוצרת בשל הטיית הציר שלה.

נפטון
מסביב לשכבת הקרח של נפטון, המכילה מים, מתאן ואמוניה, משתרעת האטמוספירה המכילה בעיקר מימן והליום, אך גם מתאן המעניק לנפטון את גוונו הכחלחל. מהירות הרוחות באטמוספירה של נפטון יכולה להגיע עד ל־2000 קמ"ש. מהירות זו היא הגבוהה ביותר מבין כל כוכבי הלכת במערכת השמש. כמו כן, יש בנפטון הוריקנים. תנאים אלו של מזג האוויר נובעים ככל הנראה מהסיבוב העצמי המהיר של נפטון.

פלוטו
האטמוספירה של כוכב הלכת הננסי פלוטו מורכבת משכבה דקה של גזים, ובהם חנקן (N2), מתאן (CH4) ופחמן חד־חמצני (CO). החנקן, המהווה 98% מהאטמוספירה, בורח בקצב של מאות טון לשעה. אחת הסברות כי החנקן מגיע לאטמוספירה בתהליך של המראה כאשר מסלולו של פלוטו מתקרב לשמש, והאטמוספירה מתקררת וקופאת, ככל שהוא מתרחק. ממדידות ניו הורייזונס ביולי 2015, רואים כי האטמוספירה מגיעה עד לגובה של 130 ק"מ, ויש שתי שכבות של אובך, בגבהים 30 ו־50 ק"מ.

ראו גם
 אטמוספירת כדור הארץ
 מדעי האטמוספירה
לחץ אטמוספירי
אטמוספירה חצי-מחזרת

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

מטאורולוגיה
מדעים פלנטריים
גזים