چرا زهره گرمتر از عطارد است، حتی اگر عطارد به خورشید نزدیکتر باشد؟

دمای سطح زهره به حدود 480 درجه سانتیگراد می رسد در حالی که حداکثر دمای سطح عطارد حدود 430 درجه سانتیگراد است. زهره به طور متوسط ​​حدود 50 میلیون کیلومتر از عطارد دورتر از خورشید است، اما فاصله از ستاره تنها عامل تعیین کننده دمای سیاره نیست.

چرا عطارد با وجود نزدیکتر بودن به خورشید سردتر است؟

تفاوت اصلی مربوط به میزان بازتاب نور، ترکیب جو و گذشته زمین شناسی این دو سیاره است. استیون کین، اخترفیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، که قابلیت سکونت سیارات را مطالعه می کند، گفت:

فاصله یک سیاره از ستاره اش تعیین می کند که چقدر نور به آن می رسد، اما نمی گوید چقدر از آن انرژی منعکس می شود، چقدر جذب می شود، با چه سرعتی گرما از سیاره خارج می شود و جو چقدر می تواند انرژی گرمایی را به دور سیاره منتقل کند. به گفته وی، این ویژگی ها می تواند به اندازه فاصله از ستاره و گاهی حتی بیشتر از آن مهم باشد.

عطارد مثال ساده ای از این موضوع است. این سیاره تقریباً هیچ جوی ندارد، بنابراین تابش خورشید مستقیماً به سطح سنگی آن برخورد می کند و دمای آن را در طول روز به شدت افزایش می دهد. با این حال، هیچ پوشش جوی قابل توجهی برای حفظ گرمای تولید شده وجود ندارد. بنابراین پس از غروب خورشید انرژی حرارتی به سرعت به فضا باز می گردد.

دمای سطح عطارد می تواند در گرمترین قسمت روز به حدود 430 درجه سانتیگراد برسد، اما در شب به منفی 180 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. در نتیجه اختلاف دمای روز و شب در این سیاره بیش از 600 درجه سانتیگراد است.

زهره شرایط کاملا متفاوتی دارد. اتمسفر این سیاره تقریبا 90 برابر چگالی جو زمین است و قسمت عمده آن را دی اکسید کربن تشکیل می دهد. چنین پوشش ضخیمی باعث می شود که انرژی حرارتی بسیار نزدیک به سطح باقی بماند و دمای زهره در نقاط مختلف و حتی در طول شبانه روز تغییر چندانی نداشته باشد.

یک پتوی دائمی از گرما

نور خورشید عمدتاً به صورت نور مرئی و تابش مادون قرمز نزدیک به سیارات می رسد. این امواج می توانند به راحتی از اتمسفرهایی عبور کنند که عمدتاً از گازهایی مانند نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن تشکیل شده اند.

هنگامی که سطح سیاره و اتمسفر پایینی این انرژی را جذب می کنند، آن را دوباره به صورت تشعشعات فروسرخ ساطع می کنند. دی اکسید کربن توانایی زیادی در جذب این نوع تشعشعات دارد و همین ویژگی باعث می شود انرژی حرارتی برای مدت طولانی تری در جو باقی بماند.

در زهره، جو بسیار ضخیم و غنی از دی اکسید کربن است. به همین دلیل، اشعه مادون قرمزی که از سطح خارج می شود، بارها در لایه های مختلف جو جذب و بازتاب می شود تا در نهایت بخشی از آن بتواند به فضا فرار کند. بخشی از این انرژی نیز به سطح باز می گردد و دمای سطح و لایه های زیرین جو را افزایش می دهد.

البته گرما برای همیشه در زهره محبوس نمی ماند. طبق اصل بقای انرژی، این سیاره در نهایت باید تقریباً همان مقدار انرژی را که از خورشید دریافت می کند به فضا بازگرداند. تفاوت اصلی در این است که این انرژی قبل از ترک سیاره چه مدت و چگونه در جو زهره باقی می ماند.

جالب اینجاست که زهره لزوماً نور خورشید را بیشتر از عطارد جذب نمی کند. ابرهای غلیظ و اسیدی سیاره، حدود سه چهارم نور ورودی را قبل از رسیدن به سطح منعکس می کنند و تنها حدود 3 درصد از نور خورشید که به زهره می رسد، در نهایت به سطح آن نفوذ می کند.

اگر اتمسفر و لایه ابر ناهید به طور کامل از بین می رفت، سطح سنگی این سیاره می توانست حتی سردتر از عطارد باشد، زیرا زهره بسیار دورتر از خورشید است که تنها حدود 29 درصد از انرژی خورشیدی عطارد را بدون جو دریافت می کند. بنابراین، دلیل اصلی داغ بودن زهره این نیست که نور بیشتری دریافت می کند، بلکه اثر گلخانه ای بسیار قدرتمند جو آن است.

این پوشش حرارتی چگونه تشکیل شد؟

جو کنونی زهره احتمالاً به یکباره شکل نگرفته است. شواهد موجود نشان می دهد که فعالیت های آتشفشانی و فرآیندهای زمین ساختی در گذشته و حتی امروز نقش مهمی در افزایش گازهای گلخانه ای در جو این سیاره داشته است.

پل برن، دانشمند سیاره‌شناسی و دانشیار علوم زمین، محیط زیست و سیاره‌شناسی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، می‌گوید: «زهره شواهد قوی از فعالیت‌های آتشفشانی و زمین ساختی گذشته و حال دارد؛ فرآیندهایی که به تجمع گازهای گلخانه‌ای در جو آن کمک کرده‌اند.

به گفته برن، فعالیت های آتشفشانی ناهید به قدری شدید بود که وضعیت کنونی این سیاره را می توان نتیجه مرحله ای پس از اثر گلخانه ای لجام گسیخته دانست. شرایطی که در آن گرمای شدید بدون توجه به وضعیت لحظه ای درون سیاره به فرآیندی پایدار تبدیل شده است.

گرمای خارق العاده زهره از اعماق این سیاره ایجاد نمی شود. دلیل اصلی اتمسفر بسیار غلیظی است که اکنون سیاره را احاطه کرده است و با به دام انداختن تابش مادون قرمز اجازه نمی دهد انرژی حرارتی به سرعت به فضا منتقل شود.

در نهایت، مقایسه زهره و عطارد نشان می دهد که فاصله از خورشید تنها آغاز داستان آب و هوای یک سیاره است. مقدار تابش دریافتی مهم است، اما نوع جو، ترکیب گازهای آن و توانایی اتمسفر در حفظ و انتقال گرما می تواند سرنوشت دمای سطح را به روشی بسیار عمیق تر تعیین کند.