Pregunta:
Cuando un planeta pierde atmósfera, ¿a dónde va?
Michael
2019-12-25 17:39:30 UTC
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El hidrógeno y el helio son bastante raros en la atmósfera terrestre, a pesar de ser los elementos más abundantes del universo. Planetas como Marte incluso han perdido casi toda su atmósfera.

La explicación habitual es que en un gas de cierta temperatura se tiene una distribución normal de energía cinética alrededor de esa temperatura. Algunas partículas tendrán suficiente energía para alcanzar la velocidad de escape y, por lo tanto, escapar de la influencia gravitacional del planeta. Pero, ¿adónde van? ¿No significaría esto que debería haber una nube de polvo en todo el sistema solar, principalmente en la órbita de cada planeta? ¿Por qué no se fusiona en pequeños grupos y eventualmente en asteroides?

¿Y qué pasa con todas las demás velocidades entre la velocidad orbital terrestre baja y la velocidad de escape? ¿No deberíamos tener gases (especialmente los más ligeros) en órbitas hasta la Luna y más allá?

Pregunta diferente, pero las muchas respuestas son una buena lectura: [¿“Lo que sucede más allá de Kármán, se queda más allá de Kármán”?] (Https://space.stackexchange.com/q/24271/12102)
¿Cuál es su base para decir que el hidrógeno es bastante raro en la Tierra?
El espacio es bastante grande, ¿sabes? ^^
@Bob516: Hidrógeno como gas libre. Por supuesto, como elemento (por ejemplo, en moléculas de agua) es bastante abundante. Para citar a Wikipedia: "el gas hidrógeno es muy raro en la atmósfera de la Tierra (1 ppm por volumen) debido a su peso ligero, que le permite escapar de la gravedad de la Tierra más fácilmente que los gases más pesados".
Gracias por la edición, más breve y mejor.
Dos respuestas:
AtmosphericPrisonEscape
2019-12-25 21:17:07 UTC
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El escape de las atmósferas planetarias de los planetas terrestres de nuestro sistema solar está dominado por iones en números absolutos, a diferencia de las especies de partículas neutrales. Las partículas pueden ser cualquier tipo de molécula o átomo aquí, principalmente $ \ mathrm O ^ {+} $ y $ \ mathrm N ^ {+} $ para la Tierra.

Para el caso de la Tierra, una partícula, una vez ionizada en la termosfera superior, puede acoplarse al campo magnético terrestre. A partir de ahí, comenzará a orbitar en la magnetosfera y puede ser recogido por el viento solar en el arco de choque magnetosférico. Una vez transportadas por el viento solar, la mayoría de las especies serán transportadas al espacio interestelar.

Su argumento con los anillos de material (no polvo, ver más abajo) sería válido, si la velocidad de las partículas que escapan de alguna manera se afinaría de manera que se mantuviera en órbita. Sin embargo, la velocidad de escape de la Tierra es $ 14 \ \ mathrm {km / s} $ , la velocidad orbital en $ 1 \ \ mathrm {AU} $ es $ 30 \ \ mathrm {km / s} $ , por lo que la mayoría de las partículas escaparán de la Tierra, sin permanecer en órbita alrededor del sol.
Agregue el viento solar a eso, con velocidades típicas de $ 100 {-} 400 \ \ mathrm {km / s} $ y te vas al espacio bastante bien.

Por supuesto, existe una pequeña posibilidad de que algunas de esas partículas escapadas sean recogidas al salir por los otros planetas. Esta fracción es una función de la sección transversal geométrica de la esfera de Hill de los planetas encontrados, pero sigue siendo muy pequeña en comparación con el flujo de escape total. Recuerdo haber leído un artículo sobre una fracción de los átomos perdidos por Venus y luego recogidos por la Tierra, pero no puedo recordar la fuente. Esto hace que la mayor parte del gas termine en el espacio interestelar, como se dijo anteriormente.

Suponiendo una velocidad media constante del viento solar de $ \ sim 100 \ \ mathrm {km / s} $ , el viento solar puede atravesar la $ \ sim 150 \ \ mathrm {AU} $ hasta el espacio interestelar en aproximadamente 6 años. A partir de ahí, las partículas perdidas contribuyen al medio interestelar, aunque en contribuciones insignificantes.

Tenga en cuenta que una "nube de polvo" es diferente de escapar del gas atmosférico. El 'polvo' en el espacio suele ser mineral. Los más destacados son los olivinos, piroxenos, forsteritas, etc. que forman estructuras cristalinas macroscópicas y nunca podrían escapar por Jeans o escape hidrodinámico de una atmósfera, excepto por impactos de meteoritos.

También se pierde algo de atmósfera por reacciones con la superficie del planeta. El CO2, por ejemplo, se une fácilmente al carbonato de calcio.
@Ryan_L Sin embargo, la pregunta de OP es acerca de las partículas que alcanzan la velocidad de escape, de ahí que las aborde. La atmósfera se puede liberar nuevamente a través del vulcanismo y la tectónica de placas, pero no vamos a abrir esta lata de gusanos aquí.
¿No es 400 km / s más rápido que la velocidad de la luz?
@Jost https: // www.google.com / search? Client = firefox-b-d & q = speed + of + light como puedes convencerte a ti mismo fácilmente, no lo es. Es aproximadamente el 0,1% de la velocidad de la luz. Para vientos gaseosos en el espacio, una velocidad bastante típica. Para un objeto muy masivo, esto sería mucho más difícil de lograr, pero también es posible, la palabra clave aquí es 'estrellas de hipervelocidad'.
@AtmosphericPrisonEscape Oh, sí, la velocidad de la luz es de unos 300.000 km / s, tres órdenes de magnitud más. Lo siento :/
@AtmosphericPrisonEscape No estaba diciendo que estuvieras equivocado. Tu respuesta es realmente buena. Solo hago una pequeña adición.
¿Coincide esto con [Wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape#Earth)?: "El escape atmosférico de hidrógeno en la Tierra se debe al escape de Jeans (~ 10 - 40%), escape de intercambio de carga ( ~ 60-90%) y escape del viento polar (~ 10-15%), que actualmente pierde alrededor de 3 kg / s de hidrógeno. La Tierra además pierde aproximadamente 50 g / s de helio principalmente a través del escape del viento polar. Escape de otros gases atmosféricos constituyentes es mucho más pequeño ".
@KeithMcClary: Jibe? Supongo que eso es 'jerga murricana para' ser coherente con '. Eso depende de qué fuentes esté citando wiki, cuán novedosas sean y bajo qué condiciones solares se tomaron las medidas. Las tasas de escape de la Tierra son bastante sensibles a las condiciones solares. El documento que he vinculado enumera la tasa de escape máxima en kg / s para H + (recogida) como comparable al O + máximo (escape de la cúspide), por lo que supongo que los números no están completamente escritos en piedra. En ese sentido, el escape de O + parece definitivamente no mucho más pequeño que H +.
PearsonArtPhoto
2019-12-25 17:50:46 UTC
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Básicamente, se lo lleva el viento solar y se dirige al espacio interestelar. Una partícula de luz en órbita alrededor del Sol tenderá a ser empujada más lejos con el tiempo debido tanto al viento solar como a la presión fotónica.

Tenga en cuenta que hay algunas bolsas de polvo alrededor, pero son muy difíciles de ver. Se necesita estar en un punto relativamente estable, generalmente los puntos L4 / L5 de un sistema (Tierra-Luna, Tierra-Sol) para que se quede. Y ese polvo es una materia más pesada que se pega más fácilmente que un gas.



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