Atmosphäre (Astronomie)
Die Himmelskörper des Sonnensystems mit ihren unterschiedlichen Atmosphären
Die Atmosphäre [atmoˈsfɛːrə] (von griechisch ἀτμός (atmós) „Dampf, Dunst, Hauch“ und σφαῖρα (sfaira) „Kugel“) ist die gas­förmige Hülle um größere Himmelskörper – insbesondere um Sterne und Planeten. Sie besteht meistens aus einem Gasgemisch, die vom Schwerefeld des Himmelskörpers festgehalten werden können. Die Atmosphäre ist an der Oberfläche am dichtesten und geht in großen Höhen fließend in den interplanetaren Raum über. Sie bestimmt im Falle ihrer Existenz wesentlich das Erscheinungsbild eines Himmelskörpers.
Die heißen Atmosphären von Sternen reichen tief in den Raum hinein. Bei Gasplaneten sind sie wesentlich kühler und von tieferen Schichten des Himmelskörpers nicht scharf getrennt. Bei großen Gesteinsplaneten und beim Saturnmond Titan ist die Atmosphäre eine (nach der Erde benannten) Erdsphäre und liegt über der Pedosphäre (betretbarer Boden) und der darunter befindlichen Lithosphäre.
1 Entstehung einer Atmosphäre
1.1 Physikalische Erfordernisse
1.2 Gasdichte, Temperatur und Schwerkraft
2 Atmosphären der verschiedenen Himmelskörper
2.1 Atmosphäre von Sternen
2.2 Atmosphären von Gasriesen
2.3 Atmosphären der erdähnlichen Planeten
2.4 Atmosphären von Monden
2.5 Atmosphären von Exoplaneten
2.6 Atmosphärentabelle
3 Aufbau und Gradienten am Beispiel der Erdatmosphäre
3.1 Druckverlauf
3.2 Untergliederungen
Entstehung einer Atmosphäre[Bearbeiten]
Physikalische Erfordernisse[Bearbeiten]
Bei der Ausbildung einer Planetenatmosphäre spielen mehrere Faktoren eine Rolle:
vor allem die Masse des Himmelskörpers
und sein Radius (woraus sich die mittlere Dichte ergibt),
ferner seine Oberflächentemperatur (wegen der Gasgesetze)
und die molare Masse der einzelnen Gasteilchen.
Planetenmasse und -Radius bestimmen das Schwerefeld an der Oberfläche. Dieses muss ausreichend stark sein, damit die in der Regel aus Ausgasungen hervorgehenden Gasteilchen an den Himmelskörper gebunden bleiben und sich nicht in den Weltraum verflüchtigen können.
Gasdichte, Temperatur und Schwerkraft[Bearbeiten]
Entsprechend der kinetischen Gastheorie bewegen sich die Teilchen ungeordnet und dabei um so schneller, je höher die Temperatur des Gases ist und je leichter sie sind. Wenn die Anziehungskraft zu gering ist, verliert der Himmelskörper langfristig die schnellen (spezifisch leichten)Teile seiner Gashülle. Die Planetologie spricht dabei von positiver Teilchenbilanz, wenn die Ausgasung des Gesteins mehr ausmacht als durch die Überwindung der Gravitation verloren geht. Ist diese Bilanz auch für schwerere Gase negativ, kann sich keine Atmosphäre ausbilden.
Daher spielt neben der Größe des Himmelskörpers seine Oberflächentemperatur (die nicht zu hoch sein darf) eine wesentliche Rolle. Auch die Art der ausgebildeten Gase ist wichtig, da ein Planet bzw. großer Mond eine Atmosphäre aus Wasserstoff oder Helium viel schwerer halten kann als eine Hülle aus Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid. Dies liegt daran, dass sich leichte Gasteilchen bei gleicher Temperatur wesentlich schneller bewegen als schwerere. Atmosphären, die Elemente wie Wasserstoff in größerem Umfang enthalten, finden sich daher vor allem bei sehr massereichen Gasriesen wie Jupiter oder Saturn, die eine sehr starke Gravitation besitzen.
Letztlich ist nur eine kleine Minderheit der Himmelskörper in der Lage, eine Atmosphäre zu bilden und langfristig an sich zu binden. So besitzt zum Beispiel der Erdmond keine dauerhafte Atmosphäre, sondern nur kurzfristige, bodennahe Gase.
Atmosphären der verschiedenen Himmelskörper[Bearbeiten]
Vergleicht man die Himmelskörper unseres Sonnensystems und die Sterne miteinander, so zeigt sich der Einfluss der bei der Ausbildung einer Atmosphäre relevanten Faktoren und offenbart recht unterschiedliche Atmosphären.
Atmosphäre von Sternen[Bearbeiten]
→ Hauptartikel: Sonnenatmosphäre
Die Sonne bzw. die verschiedenen Sterne haben weitreichende Atmosphären, die mit der Photosphäre, Chromosphäre und Übergangsregion beginnen und mit Korona, Sonnenwind und Heliosphäre im weitestgehenden Sinne tief im interplanetaren Raum an der Heliopause enden. Die Atmosphäre der Sonne besteht weitgehend aus Wasserstoff (ca. 73 %) und Helium (ca. 25 %), die in Form ionisierten Plasmas (Sonnenwind und Sonnensturm) die Atmosphären der restlichen Himmelskörper im System beeinflussen.
Atmosphären von Gasriesen[Bearbeiten]
Gasriesen
→ Hauptartikel: Gasplanet
Die Atmosphärenzusammensetzung der Gasriesen wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun basieren ähnlich der Sterne im Wesentlichen auf den Stoffen Wasserstoff und Helium. Ihr Kern ist jedoch kalt und der Strahlungsdruck wie bei den Sternen fehlt.
Jupiter und Saturn bestehen dabei im Inneren aus flüssigem Wasserstoff mit einem Kern aus metallenem Wasserstoff.
Uranus und Neptun hingegen haben einen eisigen Mantel und Kern aus Wasser bzw. Eis, Ammoniak, Methan und Gestein.
Atmosphären der erdähnlichen Planeten