La cuarta luna creciente sobre el horizonte de la Tierra aparece en esta imagen fotografiada por la tripulación de la Expedición 24 en la Estación Espacial Internacional.
Fotografía cortesía de la NASA.
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Luna creciente
Tungurahua, Ecuador
Mete mesopotámico …
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Efecto invernadero…
Dragon Lady
Agujero en la capa de ozono
Estrella fugaz
Desde el suelo…
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Clima espacial
Spa internacional …
R electromagnética…
Venus
- Vivimos en el fondo de un océano invisible llamado atmósfera, una capa de gases que rodea nuestro planeta. El nitrógeno y el oxígeno representan el 99 por ciento de los gases en el aire seco, con argón, dióxido de carbono, helio, neón y otros gases que forman porciones diminutas. El vapor de agua y el polvo también forman parte de la atmósfera de la Tierra. Otros planetas y lunas tienen atmósferas muy diferentes, y algunos no tienen atmósferas en absoluto. La atmósfera está tan dispersa que apenas lo notamos, pero su peso es igual a una capa de agua de más de 10 metros (34 pies) de profundidad que cubre el planeta entero Los últimos 30 kilómetros (19 millas) de la atmósfera contienen aproximadamente el 98 por ciento de su masa. La atmósfera, el aire, es mucho más delgada a gran altura. No hay atmósfera en el espacio.
Los científicos dicen que muchos de los gases en nuestra atmósfera fueron expulsados al aire por los primeros volcanes. En ese momento, habría habido poco o nada de oxígeno libre alrededor de la Tierra. El oxígeno libre consiste en moléculas de oxígeno no unidas a otro elemento, como el carbono (para formar dióxido de carbono) o hidrógeno (para formar agua).
Los organismos primitivos, probablemente las bacterias, pueden haber agregado oxígeno libre a la atmósfera durante la fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso que utiliza una planta u otro autótrofo para producir oxígeno y oxígeno a partir del dióxido de carbono y el agua. Más tarde, formas más complejas de vida vegetal agregaron más oxígeno a la atmósfera. El oxígeno en la atmósfera actual probablemente tardó millones de años en acumularse.
La atmósfera actúa como un filtro gigantesco, evitando la mayor parte de la radiación ultravioleta al tiempo que deja entrar los rayos cálidos del sol. La radiación ultravioleta es dañina para los seres vivos y es la causa de las quemaduras solares. El calor solar, por otro lado, es necesario para toda la vida en la Tierra.
La atmósfera de la Tierra tiene una estructura en capas. Desde el suelo hacia el cielo, las capas son la troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera. Otra capa, llamada ionosfera, se extiende desde la mesosfera hasta la exosfera. Más allá de la exosfera está el espacio exterior. Los límites entre las capas atmosféricas no están claramente definidos y cambian según la latitud y la estación.
Troposfera
La troposfera es la capa atmosférica más baja. En promedio, la troposfera se extiende desde el suelo hasta unos 10 kilómetros (6 millas) de altura, desde aproximadamente 6 kilómetros (4 millas) en los polos hasta más de 16 kilómetros (10 millas) en el ecuador. La parte superior de la troposfera es más alta en verano que en invierno.
Casi todo el clima se desarrolla en la troposfera porque contiene casi todo el vapor de agua de la atmósfera. En la troposfera se forman nubes, desde la niebla baja hasta las nubes de tormenta y los cirros de gran altitud. Las masas de aire, áreas de sistemas de alta y baja presión, son movidas por los vientos en la troposfera. Estos sistemas climáticos conducen a cambios climáticos diarios, así como a patrones climáticos estacionales y sistemas climáticos, como El Niño.
El aire en la troposfera se adelgaza a medida que aumenta la altitud. Hay menos moléculas de oxígeno en la cima del Monte Everest, Nepal, por ejemplo, que en una playa de Hawai. Esta es la razón por la cual los alpinistas a menudo usan botes de oxígeno cuando escalan picos altos. También es por eso que los helicópteros tienen dificultades para maniobrar a gran altura. De hecho, un helicóptero no pudo aterrizar en el Monte Everest hasta 2005.
A medida que el aire en la troposfera se adelgaza, la temperatura disminuye. Esta es la razón por la cual las cimas de las montañas suelen ser mucho más frías que los valles debajo. Los científicos solían pensar que la temperatura seguía bajando a medida que la altitud aumentaba más allá de la troposfera. Pero los datos recopilados con globos meteorológicos y cohetes han demostrado que este no es el caso. En la estratosfera inferior, la temperatura se mantiene casi constante. A medida que aumenta la altitud en la estratosfera, la temperatura en realidad aumenta.
El calor solar penetra fácilmente en la troposfera. Esta capa también absorbe el calor que se refleja desde el suelo en un proceso llamado efecto invernadero. El efecto invernadero es necesario para la vida en la Tierra. Los gases de efecto invernadero más abundantes de la atmósfera son dióxido de carbono, vapor de agua y metano.
Los vientos rápidos de gran altitud llamados corrientes en chorro giran alrededor del planeta cerca del límite superior de la troposfera. Las corrientes en chorro son extremadamente importantes para la industria de las aerolíneas. Las aeronaves ahorran tiempo y dinero al volar en corrientes de chorro en lugar de en la troposfera inferior, donde el aire es más denso.
Estratosfera
La troposfera tiende a cambiar repentina y violentamente, pero la estratosfera está en calma. La estratosfera se extiende desde la tropopausa, el límite superior de la troposfera, hasta unos 50 kilómetros (32 millas) sobre la superficie de la Tierra.Soplan fuertes vientos horizontales en la estratosfera, pero hay poca turbulencia. Esto es ideal para aviones que pueden volar en esta parte de la atmósfera.
La estratosfera es muy seca y las nubes son raras. Los que se forman son delgados y tenues. Se llaman nubes nacaradas. A veces se les llama nubes de nácar porque sus colores se parecen a los de una concha de molusco.
La estratosfera es crucial para la vida en la Tierra porque contiene pequeñas cantidades de ozono, una forma de oxígeno que evita que los dañinos rayos UV lleguen a la Tierra. La región dentro de la estratosfera donde se encuentra esta delgada capa de ozono se llama capa de ozono. La capa de ozono de la estratosfera es desigual y más delgada cerca de los polos. La cantidad de ozono en la atmósfera de la Tierra está disminuyendo constantemente. Los científicos han relacionado el uso de productos químicos como los clorofluorocarbonos (CFC) con el agotamiento del ozono.
Mesosfera
La mesosfera se extiende desde la estratopausa (el límite superior de la estratosfera) hasta unos 85 kilómetros (53 millas) sobre la superficie de la Tierra. Aquí, las temperaturas nuevamente comienzan a caer.
La mesosfera tiene las temperaturas más frías en la atmósfera, bajando hasta -120 grados Celsius (-184 grados Fahrenheit, o 153 grados Kelvin). La mesosfera también tiene las nubes más altas de la atmósfera. Cuando hace buen tiempo, a veces puedes verlos como briznas plateadas inmediatamente después del atardecer. Se llaman nubes noctilucentes, o nubes que brillan de noche. La mesosfera es tan fría que las nubes noctilucentes en realidad son vapor de agua congelado: nubes de hielo.
Las estrellas fugaces —la quema de meteoritos, polvo y rocas del espacio exterior— son visibles en la mesosfera. La mayoría de las estrellas fugaces son del tamaño de un grano de arena y se queman antes de ingresar a la estratosfera o la troposfera. Sin embargo, algunos meteoritos son del tamaño de guijarros o incluso rocas. Sus capas externas arden a medida que corren a través de la mesosfera, pero son lo suficientemente masivas como para caer a través de la atmósfera inferior y estrellarse contra la Tierra como meteoritos.
La mesosfera es la parte menos comprendida de la atmósfera de la Tierra. Es demasiado alto para que operen los aviones o globos meteorológicos, pero demasiado bajo para las naves espaciales. Los cohetes sonoros han proporcionado a los meteorólogos y astrónomos sus únicos datos significativos sobre esta parte importante de la atmósfera. Los cohetes sonoros son instrumentos de investigación no tripulados que recopilan datos durante los vuelos suborbitales.
Quizás porque la mesosfera es tan poco comprendida, es el hogar de dos misterios meteorológicos: duendes y duendes. Los sprites son descargas eléctricas verticales rojizas que aparecen muy por encima de las cabezas de tormenta, en la estratosfera superior y la mesosfera. Los elfos son descargas tenues en forma de halo que parecen aún más altas en la mesosfera.
Ionosfera
La ionosfera se extiende desde la mitad superior de la mesosfera hasta la exosfera. Esta capa atmosférica conduce la electricidad.
La ionosfera lleva el nombre de iones creados por partículas energéticas de la luz solar y el espacio exterior. Los iones son átomos en los que el número de electrones no es igual al número de protones, lo que le da al átomo una carga positiva (menos electrones que protones) o negativa (más electrones que protones). Los iones se crean como poderosos rayos X y los rayos UV eliminan los electrones de los átomos.
La ionosfera, una capa de electrones e iones libres, refleja las ondas de radio. Guglielmo Marconi, el “Padre de la tecnología inalámbrica”, ayudó a probar esto en 1901 cuando envió una señal de radio desde Cornwall, Inglaterra, a St. John’s, Newfoundland, Canadá. El experimento de Marconi demostró que las señales de radio no viajaban en línea recta, sino que rebotaban en una capa atmosférica: la ionosfera.
La ionosfera se divide en capas distintas, llamadas capas D, E, F1 y F2. Como todas las otras partes de la atmósfera, estas capas varían según la estación y la latitud. Los cambios en la ionosfera en realidad suceden a diario. La capa D baja, que absorbe las ondas de radio de alta frecuencia, y la capa E en realidad desaparecen por la noche, lo que significa que las ondas de radio pueden llegar más arriba en la ionosfera. Es por eso que las estaciones de radio AM pueden extender su alcance por cientos de kilómetros cada noche.
La ionosfera también refleja partículas del viento solar, la corriente de partículas altamente cargadas expulsadas por el sol. Estas pantallas eléctricas crean auroras (pantallas de luces) llamadas auroras boreales y australes.
Termosfera
La termosfera es la capa más gruesa de la atmósfera. Aquí solo se encuentran los gases más ligeros, principalmente oxígeno, helio e hidrógeno.
La termosfera se extiende desde la mesopausia (el límite superior de la mesosfera) hasta 690 kilómetros (429 millas) sobre la superficie de la Tierra. Aquí, las moléculas poco dispersas de gases absorben rayos X y radiación ultravioleta. Este proceso de absorción impulsa las moléculas en la termosfera a grandes velocidades y altas temperaturas. Las temperaturas en la termosfera pueden elevarse a 1,500 grados Celsius (2,732 grados Fahrenheit, o 1,773 kelvin).
Aunque la temperatura es muy alta, no hay mucho calor. ¿Cómo es eso posible? El calor se crea cuando las moléculas se excitan y transfieren energía de una molécula a otra. El calor ocurre en un área de alta presión (piense en el agua hirviendo en una olla). Como hay muy poca presión en la termosfera, hay poca transferencia de calor.
El telescopio espacial Hubble y la Estación Espacial Internacional (ISS) orbitan la Tierra en la termosfera. A pesar de que la termosfera es la segunda capa más alta de la atmósfera de la Tierra, los satélites que operan aquí están en “órbita terrestre baja”.
Exosfera
El área fluctuante entre la termosfera y la exosfera se llama turbopausa. El nivel más bajo de la exosfera se llama exobase. En el límite superior de la exosfera, la ionosfera se fusiona con el espacio interplanetario, o el espacio entre planetas.
La exosfera se expande y contrae a medida que entra en contacto con tormentas solares. En las tormentas solares, las partículas son arrojadas a través del espacio desde eventos explosivos en el sol, como las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal (CME).
Las tormentas solares pueden exprimir la exosfera a solo 1,000 kilómetros (620 millas) sobre la Tierra. Cuando el sol está en calma, la exosfera puede extenderse 10,000 kilómetros (6,214 millas).
El hidrógeno, el elemento más ligero del universo, domina la delgada atmósfera de la exosfera. Solo están presentes trazas de helio, dióxido de carbono, oxígeno y otros gases.
Muchos satélites meteorológicos orbitan la Tierra en la exosfera. La parte inferior de la exosfera incluye la órbita terrestre baja, mientras que la órbita terrestre media es más alta en la atmósfera.
El límite superior de la exosfera es visible en imágenes de satélite de la Tierra. Llamada geocorona, es la tenue iluminación azul que rodea la Tierra.
Atmósferas Extraterrestres
Todos los planetas de nuestro sistema solar tienen atmósferas. La mayoría de estas atmósferas son radicalmente diferentes de las de la Tierra, aunque contienen muchos de los mismos elementos.
El sistema solar tiene dos tipos principales de planetas: planetas terrestres (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y gigantes gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).
Las atmósferas de los planetas terrestres son algo similares a las de la Tierra. La atmósfera de Mercurio contiene solo una delgada exosfera dominada por hidrógeno, helio y oxígeno. La atmósfera de Venus es mucho más gruesa que la de la Tierra, lo que impide una visión clara del planeta. Su atmósfera está dominada por dióxido de carbono y presenta nubes de ácido sulfúrico en forma de remolinos. La atmósfera en Marte también está dominada por dióxido de carbono, aunque a diferencia de Venus, es bastante delgada.
Los gigantes gaseosos están compuestos de gases. Sus atmósferas son casi completamente hidrógeno y helio. La presencia de metano en las atmósferas de Urano y Neptuno le da a los planetas su color azul brillante.
En las atmósferas inferiores de Júpiter y Saturno, las nubes de agua, amoníaco y sulfuro de hidrógeno forman bandas claras. Los vientos rápidos separan las bandas de color claro, llamadas zonas, de las bandas de color oscuro, llamadas cinturones. Otros fenómenos climáticos, como los ciclones y los rayos, crean patrones en las zonas y cinturones. La Gran Mancha Roja de Júpiter es un ciclón centenario que es la tormenta más grande del sistema solar.
Las lunas de algunos planetas tienen sus propias atmósferas. La luna más grande de Saturno, Titán, tiene una atmósfera espesa compuesta principalmente de nitrógeno y metano. La forma en que la luz solar descompone el metano en la ionosfera de Titán ayuda a darle a la luna un color naranja.
La mayoría de los cuerpos celestes, incluidos todos los asteroides en el cinturón de asteroides y nuestra propia luna, no tienen atmósferas. La falta de una atmósfera en la Luna significa que no experimenta el clima. Sin viento ni agua que los erosione, muchos cráteres en la Luna han estado allí durante cientos e incluso miles de años.
La forma en que se estructura la atmósfera de un cuerpo celeste y de qué está hecha permite a los astrobiólogos especular qué tipo de vida puede soportar el planeta o la luna. Las atmósferas, entonces, son marcadores importantes en la exploración espacial.
La atmósfera de un planeta o luna debe contener químicos específicos para soportar la vida tal como la conocemos. Estos productos químicos incluyen hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y carbono. Aunque Venus, Marte y Titán tienen gases atmosféricos similares, no hay ningún lugar en el sistema solar además de la Tierra con una atmósfera capaz de soportar la vida. La atmósfera de Venus es demasiado gruesa, Marte demasiado delgada y Titán demasiado fría.
