Климатические особенности планет

Климат на планетах зависит от разных факторов. Один из факторов — угол наклона оси вращения к плоскости орбиты. Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости ее орбиты на угол, равный примерно 66,5°. Если бы не было этого наклона, смены времен года не существовало бы. Регулярная смена времен года — следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты. Звездные сутки на Уране длятся 17 часов 54 минуты, планета вращается, как говорят, «лежа на боку». У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики, но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины «лежачего» обращения Урана неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана — северный? Сейчас все больше полагают, что такое положение Урана — результат столкновения с большим небесным телом, возможно, крупным астероидом, на ранних стадиях формирования Урана. Подобная особенность есть и у Венеры, которая хоть и не лежит на боку, но также вращается в «обратную сторону».

Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты.

Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими способами:

а) парниковый эффект увеличивает температуру поверхности;
б) атмосфера сглаживает суточные колебания температуры;
в) движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом.

Каждая планета в окружающее космическое пространство излучает энергию, при этом излучение планеты в окружающее пространство имеет два максимума. Первый максимум соответствует отраженному солнечному излучению, а второй — тепловому излучению планеты. При этом первый максимум соответствует длинам волн солнечного излучения, а второй максимум приходится на более длинноволновое излучение, то есть чаще приходится на длинноволновую (инфракрасную) часть спектра. Именно так проявляется тепловое излучение поверхности Меркурия, Марса, излучение которых приходится на инфракрасную область спектра 4 — 100 мкм. Положение второго максимума определяется законом Вина где Tэфф — температура поверхности в К. Равновесная температура — это такая температура, которую должна иметь планета, светящаяся только за счет переизлучения солнечного излучения.

Расчеты для Юпитера дают Tравн = —173 °С. Но реальные измерения дают Tэфф = —143 °С, что на 30° больше. Расчеты показывают, что для Юпитера тепловое излучение планеты в 2,5 раза больше, чем планета получает от Солнца. Таким образом, внутри Юпитера имеется собственный источник энергии. Предполагается, что дополнительное тепло может поступать из энергии, которая выделяется в процессе медленного сжатия Юпитера.

Для планеты, лишенной атмосферы, энергия, излучаемая в окружающее космическое пространство, зависит от энергии, получаемой от Солнца. Последняя, в свою очередь, зависит от альбедо (степени отражения) планеты, высоты Солнца над горизонтом, теплопроводности поверхности планеты. Поэтому ночью энергия, излучаемая в окружающее космическое пространство, зависит только от теплопроводности поверхности планеты. Например, в полдень на экваторе Меркурия +430 °С, а ночью —170 °С.

Парниковый эффект — это повышение температуры поверхности планеты и нижних слоев атмосферы планеты из-за того, что атмосфера пропускает солнечное излучение (как говорят, атмосфера прозрачна для солнечного излучения) и задерживает тепловое излучение планеты. Почему это может происходить? Тепловое излучение планеты задерживается (поглощается) сложными молекулами, например углекислым газом СО2, водой Н2О и другими. Атмосфера прозрачна для солнечного излучения и непрозрачна для теплового (инфракрасного) излучения планеты. Именно вследствие парникового эффекта температура Венеры повышается с T = —44 °С до T = 462 °С. Парниковый эффект играет очень важную роль и в формировании климата Земли.

Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции с величиной самой планеты — оно простирается на 650 миллионов километров (за орбиту Сатурна!). Если магнитосфера его была бы видима, она бы с Земли имела угловой размер, равный размеру Луны. Магнитное поле Юпитера значительно более сильное, чем земное, но в направлении Солнца оно почти в 40 раз меньше. Магнитное поле Сатурна более слабое по сравнению с Юпитером. Магнитосфера Сатурна отличается от юпитерианской. У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. Поэтому в области колец магнитосфера Сатурна незначительна — в ней очень мало заряженных частиц. Земля также обладает мощным магнитным полем. Южный магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом. Сейчас он находится в пункте с координатами приблизительно 76° северной широты и 101° западной долготы. Северный магнитный полюс Земли расположен в Антарктиде.