Парниковый эффект в атмосферах планет. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Парниковый эффект в атмосферах планет - повышение температуры внутр. слоев атмосферы и поверхности планеты, обусловленное тем, что атмосфера белее прозрачна для падающего солнечного излучения, чем для уходящего теплового излучения поверхности (и своего собственного). Энергия, получаемая планетой от Солнца за единицу времени, равна энергии, излучаемой в космич. пространство (если пренебречь тепловым потоком из недр планеты). Последняя характеризуется ср. эффективной температурой планеты, Т_е. Т. о., ур-ние энергетич. баланса планеты может быть представлено в виде

.где r - радиус планеты,

- постоянная Стефана - Больцмана, Е₀ - солнечная постоянная, R - расстояние от Солнца, выраженное в а. е., А - сферич. альбедо планеты. Слева в (1) - энергия, излучаемая планетой в космич. пространство, справа - энергия, получаемая от Солнца. При наличии атмосферы ср. темп-pa поверхности T_s не равна Т_е. Как правило, T_s > Т_е, и это объясняется П. э. Разность

Т = T_s - T_t является мерой П. э.
Солнечное излучение сконцентрировано в более КВ-части спектра, чем тепловое излучение планеты: 75% энергии солнечного излучения приходится на диапазон длин волн от 0,4 до 1,5 мкм, а 75% энергии теплового излучения при Т = 300° (что прибл. соответствует земным условиям) на диапазон 8 - 28 мкм, т. е. переизлучение поглощённой солнечной энергии происходит в ИК-диапазоне.
Полуколичеств, описание П. э. можно провести при помощи след. простой модели оптич. свойств планетной атмосферы: 1) оптич. толщина

для солнечного излучения (коротковолнового) не зависит от длины волны; 2) оптич. толщина

для планетного излучения (длинноволнового) тоже не зависит от длины волны, причём

3) передача солнечной энергии вниз осуществляется лучистым переносом (переносом излучения)с участием только процессов чистого (консервативного) рассеяния; 4) передача энергии вверх осуществляется лучистым переносом, но с участием только процессов истинного поглощения. Приближённое решение ур-ния переноса для такой модели даёт

где а и b - константы порядка 1. Величина

на это отношение не влияет, однако от него зависят абс. значения обеих температур, т. к. Т_е зависит от альбедо [см. ур-ние (1)], а оно, в свою очередь, зависит от

(при

, А1). В реальных атмосферах всё обстоит намного сложнее, но гл. факторы, определяющие природу П. э., отражены данной моделью правильно. В самом деле сильные полосы поглощения атм. газов (СО₂, Н₂0, SO₂, NH₃ и др.) находятся в ИК-диапазоне, здесь доминируют процессы истинного поглощения, а в КВ-диапазоне преобладает рассеяние (газовое и аэрозольное) (см. Атмосферная оптика).
Среди трёх планет земной группы, имеющих достаточно плотную атмосферу, П. э. наиб. сильно выражен на Венере (T_s735 К, Т_е230 К), наиб, слабо - на Марсе (

Т5 К). Это объясняется разл. кол-вом атм. газа (полное давление 90 бар и 6 мбар соответственно). В обоих случаях СО₂ является основной составляющей и наиб. эфф. поглотителем. Содержание Н₂0 в атмосфере Венеры всего ~10^-4 по объёму, однако водяной пар вносит значит. вклад в П. э. на этой планете, т. к. его коэф. поглощения в ИК-диапазоне очень велик. Промежуточное положение по величине П. э. занимает Земля (T_s= 288 К, Т_е = 249 К). Важнейшие поглощающие газы здесь также С0₂ (~3 х 10^-4) и Н₂0 (~10^-4). П. э. повышает температуру поверхности Земли примерно на 40 К и играет первостепенную роль в формировании её климата.
Содержание СО₂ в атмосфере Земли постепенно возрастает вследствие развития индустриальной активности человечества. В атмосферу выбрасываются также др. газы, поглощающие в ИК-диапазоне, и если этот процесс будет продолжаться, то не исключено, что он может привести к изменениям климата катастрофич. характера. Необходимы детальные точные и длит. измерения изменений содержания малых составляющих земной атмосферы, и, возможно, в недалёком будущем придётся принимать глобальные меры для её охраны как важнейшего элемента окружающей среды.
В случае Юпитера и Сатурна влияние П. э. на тепловой режим атмосферы также возможно, но там оно менее существенно, т. к. у этих планет имеется большой поток тепла из недр (сравнимый с солнечным). Вероятно, П. э. играет нек-рую роль в атмосфере Титана.
Влияние П. э. на климатич. характеристики Земли и др. планет могло изменяться в ходе их прошлой эволюции. Не исключено, напр., что резкое отличие атмосферы Венеры от земной объясняется тем, что на этой планете на ранних этапах её эволюции возникли условия для "необратимо развивающегося" П. э., когда рост температуры приводил к поступлению в атмосферу всё большего кол-ва поглощающих газов, а это, в свою очередь, вело к росту температуры и т. д.

Литература по парниковому эффекту в атмосферах планет

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.