‍ 🔷 جو سیارات

جو سیارات در نزدیکی سطح آنها بیشترین مقدار چگالی را دارد و با افزایش ارتفاع به سرعت رقیق می شود. ترکیب یک جو ممکن است لایه ای باشد، که گاز های سنگین تر نزدیک به سطح سیاره اند، اما اختلاط آشفته و باد ها می توانند منجر به یک ناحیه با ترکیب یکنواخت شوند. در فاصله ی دوری از سطح سیاره، پرتو های فرابنفش و ایکس خورشیدی اتم های جو را معمولا یونیزه می کنند و یا این که مولکول ها را می شکنند و لایه یون سپر (Ionsphere) را بوجود می آورند.
برای کسب اطلاعات در مورد جو سیاره ای، ساده ترین الگو را برای آن در نظر می گیریم. با تقریب مرتبه اول، یک جو مشابه یک گاز کامل رفتار می کند، یعنی مانند ذراتی که فقط از طریق برخورد های کشسان با یکدیگر برهمکنش می کنند. چنین گازی از رابطه P=nkT که ارتباطی بین دما، فشار و چگالی ذرات است تبعیت می کند.

▫️همچنین در اثر برخورد مداوم ذرات گاز، در یک دمای معین، توزیع تعادلی سرعت ها به صورت توزیع ماکسولی سرعت ها تبعیت می کند. با مساوی قرار دادن انرژی جنبشی هر ذره(1/2mv^2) با انرژی گرمایی آن (3/2kT) می توانیم به سرعتی به نام سرعت ریشه ی میانگین مربعی (vrms) در تابع ماکسول-بولتزمن دست یابیم که برابر است با:
vrms^2 = <v^2> = 3kT/m
که طبق آن تندی متوسط ذرات با دما بالا می رود و با جرم کاهش می یابد.

▫️تندی دیگری موسوم به تندی فرار (سرعت فرار) (ve) از مساوی قرار دادن انرژی پتانسیل مداری (GMm/r) با انرژی جنبشی (1/2mv^2) حاصل می شود که برابر است با:
ve^2 = 2GM/R
در نواحی رقیق بالای جو، ذره ای که با تندی فرار به سمت خارج حرکت می کند، بسیار شانس خوبی برای ترک جو را دارد. برای نوع مشخصی از ذرات، اگر ve=vrms باشد، در آن صورت آن نوع گاز، در عرض فقط چند روز جو را ترک خواهد کرد. برای نگه داشتن یک جو به مدت چندین بیلیون سال (تقریبا به اندازه ی عمر منظومه شمسی)، در یک سیاره باید ve≥10vrms باشد (ضریب 10، دنباله تندی بالای توزیع ماکسولی تندی ها را به حساب می آورد). با توجه به شکل، یک سیاره تمام گاز هایی را که در پایین این خطوط قرار دارند را حفط کرده و بقیه فرار می کنند.
این الگو به طور منطقی با مشاهداتی مبنی بر این که سیارات مشتری گون تمام گاز های خود را نگه داشته اند؛ زهره، زمین و مریخ، هیدروژن و هلیم خود را از دست داده اند ولی ازت و دی اکسید کربن را حفظ کرده اند؛ عطارد و ماه جو ندارند و اینکه بزرگترین قمر ها دارای جو هستند را توجیه می کند. (در واقع، تیتان جو غلیظی دارد که عمدتا از ازت تشکیل شده است، اما به دلیل واکنش های فوتوشیمیایی بر روی متان و سایر ترکیبیات به صورت مه در آمده است.

🔺منبع: کتاب نجوم و اختر فیزیک مقدماتی "زیلیک - گرگوری"

🆔@physics3p