Atmosfera planetarioak: Artizarraren kasua

Garate Lopez, Itziar

EHUko Zientzia Planetarioen Taldeko doktoregaia

Asko dira Artizarrak gaur egun oraindik isilpean gordetzen dituen misterioak. Atmosferari bakarrik erreparatuz, lauzpabost aipa daitezke jada, goi-geruzen superrotazioa, xurgatzaile ultramore ezezaguna, neurrigabeko berotegi-efektua edota poloetako bortize aldakorrak, besteak beste. Zorionez, zientzialariok badugu informazio-iturri bikain bat, planetaren inguruan biraka dabilen Venus Express espazio-ontziari eta hark daramatzan zazpi instrumentuek jasotako irudi- zein datu-mordoari esker. Ondorengo lerroetan, misterio horien nondik norakoak ezagutzera gonbidatzen zaituztegu.

atmosfera-planetarioak-artizarraren-kasua
1. irudia. Lurraren ardatza 23,5º makurtua egoteak eragiten du Eguzkitik datorren erradiazioaren inklinazioa ezberdina izatea urtean zehar. Artizarrean, aldiz, errotazio-ardatzaren makurdura ez da urtaroak sortzeko adinakoa. Irudia: Itziar Garate.

Eguzkitik gertuen dagoen bigarren planeta da Artizarra, zeina orbita ia zirkular batean baitabil 0,72 UA-ko distantzian (UA, unitate astronomikoa, Lurraren eta Eguzkiaren arteko batez besteko distantzia da, ia 150 milioi kilometro). Artizarrak Eguzkiaren inguruan bira bat emateko behar duen denbora (Lurreko 224,7 egun) bere errotazio-periodoa (Lurreko 243 egun) baino laburragoa da. Hau da, Artizarrean urtea eguna baino laburragoa da. Planetaren errotazio-ardatza ia guztiz perpendikularra da ekliptikarekiko, Eguzkiaren ekuatoreak definitzen duen planoarekiko. Hori dela eta, Artizarrak ez du urtarorik, eta eguzki-sistemako gainerako planeten aurkako noranzkoan biratzen da (ikus 1. irudia).

Artizarra Lurraren oso antzekoa da alderdi askotan, adibidez, tamainaren (Artizarraren erradioa Lurrarenaren % 95 da) eta masaren aldetik (% 96,1). Baina beste batzuetan, bi planetek ez dute zerikusirik, esaterako, atmosferan. Lurrarena batez ere nitrogenoz (N 2 , % 78,1) eta oxigenoz (0 2 , % 21) osatua dago. Artizarrarena, berriz, karbono dioxidoz (CO 2 , % 96,5) eta nitrogenoz (N 2 , % 3,5), eta uraren presentzia 20 ppm (milioiko parte) soilik da. Horren ondorioz, Artizarraren atmosfera askoz dentsoagoa eta beroagoa da. Izan ere, gainazaleko presio atmosferikoa 90 bar-ekoa da, lurrazalean baino 90 aldiz handiagoa, eta tenperatura 460 ºC-koa. Hori nahikoa ez eta, hodeiak azido sulfurikozkoak dira, eta, beraz, hango euria oso korrosiboa da; hala ere, tenperatura altuak direla-eta gainazalera iritsi baino lehen lurruntzen da. Muturreko baldintza horiek asko zailtzen dute gainazala esploratzea. 1970eko hamarkadako Venera espazio-zunda sobietarrek besterik ez dute lortu gainazalean pausatzea, eta ez zuten 110 minutu baino gehiago iraun jardunean.

Berotegi-efektua

Atmosferan egon daitezkeen gas batzuek, hala nola karbono dioxidoak, metanoak eta ur-lurrunak, berotegi-efektua eragiten dute hainbat planetatan. Eguzkiko erradiazioa espektro ikusgaiaren barruan dago ia osorik, eta aipatutako gasek uhin-luzera horiek xurgatzen ez dituztenez, oztoporik gabe gainazaleraino irits daiteke argia, eta hango tenperatura igoarazi. Bestetik, planetaren gainazalak espaziora igortzen duen beroa, erradiazio termikoa, espektro infragorrian kokatzen da, eta aipatutako gasek uhin-luzera horiek xurga ditzaketenez, erradiazioa atmosferan "harrapatuta" geratzen da, eta tenperatura are gehiago igo.

Bai Lurrean bai Artizarrean berotegi-efektua dago, baina bi ezberdintasun handi daude. Batetik, Lurreko atmosferan dagoen CO 2 -a eta ur-lurrun kopurua oso txikiak dira Artizarreko CO 2 -arekin alderatuz. Eta bestetik, Lurrean ura dago; ozeanoek CO 2 -a desegiteko ahalmena dute, berotegi-efektua orekatzen dute neurri batean (efektuaren berezko zatia behintzat bai; ez gizakiak eragindakoa) eta lurrazalean, batez beste, 15 ºC-ko tenperatura izaten da, hau da, planeta bizitzeko egokia gertatzen da. Artizarrean, ordea, ez dago ozeanorik, eta berotegi-efektuak tenperatura ikaragarriak eragiten ditu (460 ºC).

2. irudia. Hodeiak eta berotegi-efektuko gasak direla eta, gainazalak igorritako erradiazio termikoaren parte bat ez da pasatzen espaziora, eta atmosfera berotzea eragiten du horrek. Irudia: Itziar Garate.

Hala ere, lurrazalean bada karbono dioxidorik. Izatez, mineral karbonatuen moduan Artizarreko atmosferan adina CO 2 dago, eta, hori dela eta, uste da bi atmosferek hasierako baldintza berak izan arren bilakaera oso ezberdinak jasan zituztela. Garai batean, Artizarra Lurraren oso antzekoa izan zitekeen, tenperatura baxuagoekin eta gainazalean ur likidoa izanik. Uneren batean, planeta berotzen has zitekeen, gainazaleko ur guztia lurruntzeraino, eta horrek, berotegi-efektuan ur-lurruna CO 2 -a baino eraginkorragoa denez, tenperatura are gehiago igoaraziko zukeen. Orduan, harkaitzetako karbonoa sublimatzen has zitekeen, eta CO 2 gehiago sortu atmosferako oxigenoarekin erreakzionatzean. Karbono guztia atmosferara sublimatzean, tenperatura eta presio altuagoko oreka batera iritsi eta gaur egun ezagutzen dugun Artizarra eratuko zukeen.

Superrotazioa

Konposizioaz gain, Artizarraren dinamika atmosferikoa ere Lurrarena ez bezalakoa da oso. Gure planetan, atmosferaren errotazio-periodoa eta gainazalarenarena oso antzekoak dira; hau da, atmosferak planetaren inguruan eta Lurrak berak bira bana emateko behar duten denbora oso antzekoa da. Artizarrean, atmosferaren abiadura altuerarekin batera handituz doa 65 bat kilometrotaraino. Han, atmosferak 360 km/h-ko abiadura maximoa du, hau da, gainazala baino 60 aldiz azkarrago mugitzen da. Lurrean, aldiz, haize indartsuenek planetaren errotazioa baino % 10-20 handiagoak diren abiadurak besterik ez dituzte. Fenomeno horri superrotazio deritzo, eta gaur egun oraindik ez da ezagutzen horren jatorria, ezta nola manten daitekeen ulertzen ere.

Eguzki-sisteman bada beste superrotazio kasu bat, Titanen, hain zuzen ere. Saturnoren ilargirik handiena da Titan, atmosfera nabarmena duen ilargi bakarra. Artizarraren kasuan bezala, errotazio geldoa eta atmosfera azkarra ditu. Titaneko egun batek Lurreko 16 egun irauten du, baina 125 km-ko altueran dauden haizeak gainazala baino 8-9 aldiz azkarrago higitzen dira.

Xurgatzaile ultramorea

Artizarraren beste ezaugarri garrantzitsuetako bat da hodeiz erabat estalita dagoela. Nahiz eta hodei horiek bakarka oso lodiak ez izan, gutxi gorabehera 45-65 km-ko altueran zabaltzen den hodei-geruza osoaren opakotasunak azpitik dagoenari behatzea galarazten du. Gaur egun, Europako Espazio Agentziaren Venus Express espazio-ontziko irudi- espektrometroa edota iragazki zehatzak dituen kamera bat erabiliz, planetak igortzen duen erradiazioaren espektro elektromagnetikoa aztertzen da, uhin-luzera ezberdineko erradiazioa neurtuz atmosferaren propietate eta altuera ezberdinak iker baitaitezke.

3. irudia. Ezkerreko bi irudiak une berekoak dira, eta hodei-geruzaren goiko aldeko hodeiak erakusten dituzte. Eskuineko biak lau egun geroagokoak dira, eta atmosferan 45 km-ra eta 65 km-ra dauden hodeiak erakusten dituzte, hurrenez hurren. Iturria: ESA.

Adibidez, eremu ultramorean, eguna den planetaren zatian, eguzki-argi islatua beha daiteke. Islapena hodei-geruzaren goiko aldean gertatzen denez, irudi ultramoreek atmosferan 65 km-ra dauden hodeien banaketa aurkezten dute (ikus 3. irudia). Izatez, gune argitsu eta ilunak tartekaturik ikusten dira irudietan, eta horrek adierazten du gaur egun oraindik ezezaguna den argi ultramorearen xurgatzaile indartsu bat dagoela.

Artizarrera iristen den argiaren % 75 islatu egiten da; baina Eguzkiaren ia erradiazio osoa ikusgaia denez, uhin-luzera horietan planeta oso distiratsua da, eta ez da hodei-gunerik nabarmentzen irudietan. Uhin-luzera handiagoko erradiazio infragorrira joanez gero, igorpen termikoaren espektroan murgiltzen gara. Hots, gorputz batek tenperatura jakin batean egote hutsagatik igortzen duen erradiazioaren eremuan. Hortaz, igorpen termiko bat neurtuz gero, atmosferako tenperatura zehatz bati egokitu dakioke, eta, ondorioz, baita altuera bati ere.

Hala, bada, badakigu 1,1 µm-ko uhin-luzera duen igorpena gainazaletik datorrela edota 3,80 µm-ko erradiazioa goiko hodeiei dagokiela. Gerta daiteke irudietan ikusten dugun hodei-banaketa espazialak, hodeien igorpen zuzena adierazi beharrean, opakotasunaren iturri bihurtzen diren hodeiak adieraztea. 1,74 µm-ko erradiazioaren kasuan, esaterako, igorpenak atmosferaren alde beherenean du jatorria; baina goranzko bidean, 45 km-ra dauden hodeiekin topo egin eta zati batean xurgatua izaten da. Hau da, hodeiek iragazki moduan jokatzen dute, eta bakoitzak erradiazio-kantitate ezberdina oztopatzen du.

Hego poloko bortizea

Artizarra behatzeko uhin-luzera egokiak aukeratuz gero, hodei-egitura ezberdinak azaltzen dira irudietan. Bortizeak dira erdigune baten inguruan azkar biratzen diren hodei-haizezko egitura konplexuak. Ur-zurrunbiloak eta urakanak Lurreko bortizeen eredu dira, baina baita Artikoko eta Antartikako bortize polarrak ere, poloen inguruan biraka dabiltzan zikloiak. Eguzki-sistemako planeta askok dituzte bortize polarrak. Batzuek forma arraroa dute, baina Artizarreko Hego poloko bortizea da guztietan aldakorrena.

4. irudia. Artizarreko Hego poloko bortizeak ehunka aurpegi ditu, egunez egun aldatzen baitu forma. Irudi honetako goiko panelek 65 km-ra dauden hodeiak erakusten dizkigute, eta behekoek, 45 km-ra daudenak. Iturria: ESA.

Planetari emandako lehenengo biran, Venus Express espazio-ontziak Hego poloan "begi bikoitz" baten itxurako bortize erraldoi bat zegoela egiaztatu zuen. Ordutik, VIRTIS tresnaren bereizmen handiko irudi infragorriek erakutsi dute egitura horrek batzuetan forma dipolarra eta besteetan itxura biribilagoa duela, nahiz eta gehienetan bi konfigurazioen arteko trantsizio-forma bat izan.

Orokorrean, egun gutxiren buruan egitura batetik bestera salto egiten duen arren, horietako egitura batzuk egonkorrak dira hainbat egunez. Kasu horietan, baldin jotzen bada hodeiak trazatzaile pasiboak direla eta haizeak mugiarazten dituela, haizearen abiadura neur daiteke. Hala, ikusi da bortizea planetako Hego polotik aldenduta dagoela eta aurresan ezin den moduan higitzen ari dela haren inguruan. Mugimendu hori atmosferaren noranzko eta abiadura berekoa da. Hortaz, etengabe egitura suntsitu eta eraberritzen dituzten mugimendu txikiak izan arren, osotasunean harturik bortizea atmosferarekin batera higitzen da.

Iraunkorra den patroi bakarra da bortizea inguratzen duen eta ingurua baino 15 ºC hotzago egon ohi den eraztun-itxurako egitura. Bai bortizea bai eraztuna iraunkorrak izateak adieraz dezake bi egituren artean erlazio dinamiko bat dagoela, baina oraindik ez dago garbi zein izan daitekeen erlazio hori.

Bortizearen dinamikak, beharbada, badu zerikusia gainerako atmosferaren superrotazioarekin. Edo agian ez. Akaso, planetako mila sumendik baino gehiagok parte hartzen dute hodeiak eratzeko prozesuan, atmosferara jaurtitzen dituzten partikula berrien nolabaiteko eragina dela eta. Edo agian ez. Argi dagoen gauza bakarra da Artizarra misterioz betetako planeta dela. Beraz, ez da harritzekoa "gure planeta bikia" deitu izan zaion astroarekiko gaur egungo jakin-mina.

Erreferentziak

"Atmosphere of Venus", Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Venus.
Svedhem, H.; Titov, D. V.; Taylor, F. W.; Witasse, O.: "Venus as a more Earth-like planet". Nature, 450 (2007), 629-32.
Limaye, S. S.: "Venus atmospheric circulation: Known and unknown". Journal of Geophysical Research, 112 (2007), 1-16.
Flasar, F. M.; Samuelson, R. E.; Conrath, B. J.: "Titan's atmosphere: temperature and dynamics". Nature, 292 (1981), 693-698.
Venus Express espazio-ontziaren web-orria: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Venus_Express.
Markiewicz, W. J. et al.: "Morphology and dynamics of the upper cloud layer of Venus". Nature, 450 (2007), 633-6.
Haus, R.; Arnold, G.: "Radiative transfer in the atmosphere of Venus and application to surface emissivity retrieval from VIRTIS/VEX measurements". Planetary and Space Science, 58 (2010), 1578-1598.
Piccioni, G. et al.: "South-polar features on Venus similar to those near the north pole". Nature, 450, 637-40 (2007).
Luz, D. et al.: "Venus's Southern Polar Vortex Reveals Precessing Circulation". Science, 332 (2011), 577-580.

Idatzi zuk zeuk Gai librean atalean

Gai librean aritzeko, bidali zure artikulua aldizkaria@elhuyar.eus helbidera
Hauek dira Gai librean atalean Idazteko arauak

Gehitu iruzkin bat

Saioa hasi iruzkinak uzteko.

Webgune honek cookieak erabiltzen ditu zure nabigazio-esperientzia hobetzeko. Nabigatzen jarraitzen baduzu, ulertuko dugu cookie horien erabilera onartzen duzla. Ezeztatuz gero, ezingo duzu webgune honetan nabigatu. Onartu
Informazio gehiago
Babesleak
Gipuzkoako Foru Aldundia
IRIZAR Koop. Elk.
MAIER Koop. Elk.
KIDE Koop. Elk.
ULMA Koop. Elk.
EIKA Koop. Elk.
LAGUN ARO Koop. Elk.
TAJO Group