¿Cuál sería la temperatura de Venus si su atmósfera fuera igual o similar a la de la Tierra?

Si Venus tuviera una atmósfera con la misma emisividad de calor que la Tierra, su temperatura promedio sería de aproximadamente 70 ° C. Esto se deduce bastante fácilmente de la ley de Stefan-Boltzmann, ya que Venus obtiene aproximadamente el doble de energía solar, su temperatura sería 2 ^ 0.25 veces mayor.

En la práctica, el clima sería horrible debido a la rotación lenta, con toda el agua encerrada en los glaciares en el lado oscuro, hirviendo al amanecer y nevando toda la noche. El día sería muy caluroso, y los vientos extremadamente rápidos mueven el calor alrededor del planeta.

En general se supone que la atmósfera original de Venus era, de hecho, muy similar a la atmósfera original de la Tierra; metano y amoníaco, que debido a reacciones químicas en gran parte formarían nitrógeno, dióxido de carbono y agua.

Aquí es donde la temperatura se convierte en el factor crucial. En la Tierra, la temperatura permitió la aparición de vida y, finalmente, la fotosíntesis, lo que condujo a la atmósfera que tenemos hoy. La temperatura de Venus era más alta; no mucho más alto, pero suficiente para hacer una diferencia vital. (¡Literalmente una diferencia VITAL, dado que la palabra proviene de “vitalidad” que significa la existencia de la vida!)

La temperatura más alta significaba que quedaba mucha más agua en la atmósfera como vapor de agua, que en la Tierra, donde se formaron principalmente océanos. Ese vapor de agua es, en sí mismo, un “gas de efecto invernadero” porque bloquea parcialmente la radiación infrarroja; entonces Venus se calienta aún más. Esto hace que se evapore aún más agua, lo que aumenta el efecto invernadero. Venus pasa más allá del punto de ebullición del agua, después de lo cual TODA el agua está en la atmósfera como vapor. Pero aún no hemos terminado; El efecto invernadero ahora está fuera de control. La temperatura se eleva tanto que el carbonato de calcio, un componente principal de las rocas, en forma de piedra caliza, comienza a descomponerse en óxido de calcio, cal viva, y dióxido de carbono. Y el dióxido de carbono se agrega a la atmósfera, donde está, ¡lo has adivinado! – un gas de efecto invernadero. Y el problema continúa empeorando, a medida que la temperatura aumenta, más piedra caliza se descompone, más dióxido de carbono aumenta aún más la temperatura … y eventualmente alcanzas la atmósfera que Venus tiene hoy.

Si, entonces, en este momento agitaste una varita mágica e instantáneamente convertiste la atmósfera de Venus en una mezcla de nitrógeno / oxígeno / argón y volviste a poner el agua en un océano, solo estarías reiniciando el reloj. El mismo proceso todavía terminaría con el mismo planeta completamente muerto, en algún lugar más adelante.

Asumiría tres cosas aquí: atmósfera similar a la tierra, velocidad de rotación similar y campo magnético más potente para proteger de las erupciones solares.

Ahora para responder a esta pregunta: la temperatura promedio de la Tierra es de 15 C, y recibe 1.36 W / m2. En comparación con la Tierra, Venus recibe 2.6 W / m2 de radiación. Eso es casi el doble de lo que recibe la tierra. La mayoría de las radiaciones UV y de espectro más alto se filtrarán en la estratosfera, permitiendo que solo las ondas visibles, infrarrojas y de radio lleguen a la superficie.

Ahora la troposfera se calienta debido al calor emitido por la superficie, y eso es lo que le da su temperatura.

Ahora de acuerdo con la Ley Stephen-Boltzman,

Donde P es el poder radiativo, T es la temperatura absoluta, A es el are. Dado que la Tierra y Venus son casi iguales en tamaño y composición, tomaremos la dependencia de P an T ^ 4. (Esta es una ley inversa de temperatura, pero podemos usarla tanto para calentar como para emitir objetos). Poniendo en ecuación, y dividiendo los dos:

Lo que da una temperatura promedio para Venus = 338 K, alrededor de 65 C.

En comparación, la temperatura más alta registrada en la tierra es ~ 57 C.

Veamos. Esta respuesta necesita una pequeña suposición con respecto a ciertos parámetros.
Asumiendo:
1. El albedo del enlace planetario general es 0.30 (al igual que la Tierra)
2. No hay nubes de ácido sulfúrico. (No es posible debido a la pregunta)
3. Sin efecto invernadero. (Por simplicidad)
4. Corte de toda la Tierra como ciclos en Venus

La constante solar S para Venus es aproximadamente [matemática] 2610 W / m ^ 2 [/ matemática]. Si el albedo planetario, a es 0.3, entonces la cantidad de energía que absorbería el planeta es igual a
[matemáticas] E = 0.25 * S (1-a) [/ matemáticas]
cual es
[matemática] E = 0.25 * 2610 * 0.7 = 465.925 W / m ^ 2 [/ matemática]
Si Venus emite este flujo de energía como un cuerpo negro perfecto, entonces su temperatura está dada por
[matemáticas] \ sigma T ^ 4 = E [/ matemáticas]
[matemáticas] T = {\ frac {E} {\ sigma}} ^ {0.25} [/ matemáticas]
[matemáticas] T = {465.925 / 5.67 \ veces 10 ^ {- 8}} ^ {0.25} [/ matemáticas]
[matemática] T \ aproximadamente 300 K [/ matemática] o [matemática] 27 ^ 0 C [/ matemática]
Esto es sin la inclusión del efecto invernadero.
Para la Tierra, el efecto invernadero es [matemática] 150 W / m ^ 2 [/ matemática]. La misma concentración de gas puede causar una cantidad diferente de efecto invernadero. Suponiendo que si se usa el mismo valor, entonces [matemática] E = 615.925 W / m ^ 2 [/ matemática]. La temperatura es [matemática] T \ aproximadamente 353 K [/ matemática] o [matemática] 80 ^ 0 C [/ matemática]

¡Se ve muy bien!

La cuestión es que, incluso si Venus tuviera una atmósfera similar a la Tierra, su proximidad al Sol aún lo haría A TODA MARCHA. Puede que no sea tan caluroso como lo es en este momento, pero no sería una ventosa 70 grados.

Se presume que Venus alguna vez fue algo parecido a la Tierra, pero su caída fue su proximidad al joven Sol. A medida que el Sol se hizo más grande y brillante, asó Venus y evaporó su agua (que en realidad era CO2 líquido). ¡Hola, efecto invernadero! Más evaporación hizo más nubes, lo que generó más calor, lo que generó más nubes, etc.

Venus (y Marte) a veces se llama gemelo de la Tierra, aunque definitivamente no son idénticos.

Venus también se conoce como “GEMELO DE LA TIERRA”. Se creyó durante mucho tiempo, antes de que se conocieran por completo sus características, que el planeta podía sostener la vida. Pero Venus no puede tener la misma atmósfera que la Tierra. Está muy cerca del sol y su atmósfera es muy densa, por lo que la luz solar puede penetrarlo y calienta la superficie del planeta, pero el calor emitido desde la superficie no puede escapar a través de la atmósfera. Permanece atrapado en el planeta. Esto también se conoce como efecto invernadero, que ha convertido a Venus en un infierno de alta temperatura y presión aproximadamente 100 veces mayor que la Tierra. Su temperatura superficial es de 860 ° F (460 ° C).

Las otras respuestas son geniales, pero me gustaría agregar un punto más: la descomposición de la roca de carbonato.

Venus y la Tierra tienen rocas carbonatadas. Estas rocas son muy comunes: el agua y el dióxido de carbono forman un ácido débil que disuelve otros minerales y forma carbonatos. Pero esos minerales son térmicamente inestables: caliéntelos y se libera dióxido de carbono. A baja temperatura, la descomposición es muy lenta. Pero aumenta el calor y comienzan a descomponerse lentamente.

Esto libera dióxido de carbono al aire, lo que aumenta el efecto invernadero. Esto provoca un ciclo de retroalimentación que fuerza a casi todo el dióxido de carbono a salir de la roca. El resultado es una gran cantidad de dióxido de carbono en el aire.

En otras palabras, si pones la tierra donde está Venus ahora, eventualmente se calentaría mucho como Venus. Gran parte del dióxido de carbono atrapado en las rocas se liberaría y cocinaríamos como un horno.

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Usando la misma ecuación obtenemos T = 342K o 70 ° C o 158 grados Fahrenheit

Es para un albedo Bond muy similar a la Tierra (30%). Imaginemos que teletransportamos un planeta del tamaño de Venus cubierto de hielo (albedo muy alto, alrededor del 99% para el helado y maravilloso satélite Saturno Encelado) y con una copia de la atmósfera terrestre. Por lo tanto, tendríamos una temperatura teórica o T = -154 ° C ya que la mayor parte de la luz se reflejaría. Pero esta situación sería quizás inestable y una pequeña disminución en el albedo de la superficie (la fusión del hielo por una u otra razón) conduciría a un increíble efecto de retroalimentación que transformaría al planeta en una pesadilla infernal de vapor / océano.
Ahora imaginemos que el albedo de Bond sería 0.65. La temperatura promedio teórica sería entonces 14 ° C, que es la temperatura promedio actual en la Tierra.
Por supuesto, debido a la rotación extremadamente lenta de Venus, la superficie tendría una temperatura de superficie totalmente no uniforme (que no es el caso actualmente gracias a la convección y la gran captura de calor ya que la atmósfera es más gruesa que la Tierra, vea ¿Por qué Venus tiene un temperatura constante independiente de la ubicación y el tiempo?) pero lo que quiero señalar es que la temperatura de la superficie está extremadamente estrechamente relacionada con el albedo de la superficie.

La pregunta es difícil de responder porque dentro de ella hay una pregunta implícita sobre cómo alcanzar el equilibrio. Creo que su pregunta podría reformularse “¿Qué pasaría con la atmósfera (y la temperatura) de la Tierra si se trasladara repentinamente a la órbita de Venus?” (La Tierra y Venus son de tamaños similares.) Aunque estoy seguro de que habría un efecto invernadero desbocado y la temperatura subiría dramáticamente, la cuestión de cuándo se alcanzaría el equilibrio y qué tan estable sería. ¿Se evaporarían los océanos? ¿Se cerraría la tectónica de placas? ¿Cuan rápido? Como mínimo, el flujo solar es quizás el doble de fuerte a la distancia de Venus del sol, pero también influyen otros factores, como las nubes blancas altamente reflectantes. Sin embargo, podemos estar seguros de que no sería un paraíso tropical.

También se podría especular cómo sería Marte movido a la órbita de Venus, dada su menor gravedad para la retención y la atmósfera, así como la atmósfera actual extremadamente delgada. Por lo menos, la temperatura atmosférica probablemente subiría bastante y el hielo de CO2 allí se derretiría, espesando la atmósfera dramáticamente y luego reteniendo mucho más calor. La falta de un campo magnético podría significar que esto sería algo temporal, ¡aunque tal vez en la escala de cientos de miles o millones de años!

Con un 95% de CO2, no creo que incluso tenga una atmósfera similar a la Tierra, la vida no sería posible. Además, Venus tiene nubes muy gruesas que hacen que la presión atmosférica sea extremadamente alta. Venus está muy cerca del sol, lo que hace que los niveles de temperatura suban mucho, lo que es realmente insoportable. Pero si Venus tiene la Tierra como una atmósfera, los niveles de temperatura superan los 90 grados centígrados.

Si Venus tuviera una atmósfera, necesitaría un fuerte campo magnético como la Tierra. Además de un mag. campo y el mismo espacio orbital en el que se encuentra Venus, podría estar a unos 100 grados Celsius más frío.