Věda a technika v pozadí
Atmosféra obrů
Teorie
Za plynné obry považujeme planety, které se skládají především z plynů, a proto nemají přesně definovaný povrch. Plynný obr se skládá z velmi mocné vrstvy atmosféry složené především z vodíku a helia. Tyto oblasti jsou velmi bouřlivé. Vznikají tu oblaka, oblačné pásy, víry a bouře. Při noření do atmosféry stoupá tlak a teplota, v určité hloubce je tlak už tak ohromný, že vodík kapalní. Při dalším noření tlak stále roste a roste až vodík ztuhne v tekutý kovový vodík. Až úplně ve středu planety se pravděpodobně nachází malé kamenné jádro.
| Planeta | Tloušťka atmosféry (km) | Složení | Rychlost větrů (km/h) |
|---|---|---|---|
| Jupiter | 4 000 | H, He, amoniak, metan acetylén | 644 |
| Saturn | - | H, He, čpavek | 1 800 |
| Uran | 1 000 | H, He, metan | 600 |
| Neptun | 160 | H, metan, amoniak | 2 000 |
Jupiter
Atmosféra Jupiteru se skládá z několika vrstev. Svrchní části jsou tvořeny převážně vodíkem a héliem, v dalších vrstvách můžeme najít amoniak, metan, acetylén aj., které zbarvují svými pronikavými chemickými reakcemi atmosféru do odstínů žluté až hnědočervené barvy. Barvy odpovídají i výšce mraků - nejnižší oblaka jsou modrá, následují bronzová a bílá a nejvyšší jsou červená. Občas zahlédneme nižší vrstvy děrami v těch horních. Na snímcích Jupiteru jsou patrné světlejší a tmavší skvrny, žilky apod. Tmavé skvrny představují cyklóny, světlé anticyklóny. Nejaktivnější je rovníková oblast. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je –160°C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi, ještě kousek hlouběji je teplota na bodu varu vody.
Na Jupiteru vanou velmi silné a rychlé větry, které jsou formovány do širokých pásem v různých "planetopisných" šířkách. Přitom se jednotlivá větrná pásma pohybují proti směru pohybu těch sousedních. Nepatrné teplotní a chemické rozdíly mezi těmito pásmy jsou zodpovědné za barevné pásy. Pásová struktura je výsledkem intenzivního proudění tepla a rychlé rotace planety. Světlá pásma jsou pravděpodobně vrcholky stoupajících konvektivních proudů, zatímco tmavé pásy představují místa, kde ochlazený plyn opět klesá do hlubších vrstev planety. Podle nových měření se ukazuje, že pouze čtyři hlavní pásy a pět zón je dlouhodobě stabilních. Zhruba od 50° jižní a severní "planetopisné" šířky pásová struktura mizí a je nahrazena nevýraznou strukturou polárních oblastí.
Díky sondě Voyager lidé poprvé spatřili komplexy vírů na hranicích mezi jednotlivými pásmy. Větry vanoucí na Jupiteru dosahují rychlosti přes 644 km/h a zasahují do značných hloubek (až tisíce kilometrů). Rovněž bylo objeveno, že atmosféra Jupiteru je silně turbulentní. To znamená, že větry jsou řízeny spíš vnitřním teplem planety než energií ze Slunce, jako je tomu na Zemi. Na Jupiteru pozorujeme několik útvarů. Velká rudá skvrna (GRS, The Great Red Spot) na jižní polokouli mezi jižním mírným a jižním rovníkovým pásem, byla zpozorována pozemskými astronomy víc než před 300 lety, roku 1878 (její objevení je obyčejně připisováno Giovanni Cassinimu nebo Robertu Hookeovi ze 17. století). GRS je ovál o rozměrech okolo 12 000 km na 25 000 km, velký dost na to, aby se do něj vešly dvě zeměkoule. Pozorování v infračerveném spektru a směr rotace GRS naznačují, že se jedná o oblast vysokého tlaku - atmosférický vír, jehož mraky jsou jednoznačně mnohem vyšší a chladnější než mraky okolí. Útvary s podobnou strukturou byly spatřeny i na Saturnu a Neptunu. Není však známo, jak mohou tyto objekty přetrvávat tak dlouho. Oblačné hmoty proudí kolem skvrny, část je strhávána dovnitř, kde krouží až v deseti okruzích s periodou 6 dní. Rudá skvrna je nejchladnější místo na Jupiteru.
Na povrchu Jupiteru se nachází ještě bílé ovály, které mají životnost desítky roků. Pozorovaná proudění v těchto bílých oválech mají anticyklonální charakter - na jižní polokouli víří ve směru hodinových ručiček. Temné oválné skvrny jsou oblačná místa v horní vrstvě oblačnosti, kde vidíme hlouběji do atmosféry. Mají nejvyšší teplotu z pozorovaných útvarů.
Saturn
V atmosféře Saturnu jsou někdy pozorovány velké žluté či bílé skvrny (např. Velká bílá skvrna z roku 1990). Struktura oblačnosti je složitější než u Jupiteru, počet pásů je větší a pokračuje až do blízkosti pólů. Proudění v atmosféře je bouřlivé, protože rychlost větru v rovníkové zóně dosahuje až 1 800 km/h. V hloubce asi 500 km se atmosféra mění na vodíkový oceán s pevným dnem.
Uran
Atmosféra Uranu obsahuje jen nevýrazné detaily ve srovnání se složitými oblačnými systémy pozorovanými v atmosférách ostatních plynných planet. Pouze nad osvětleným pólem byl pozorován hnědavý závoj a několik detailů. Je možné, že vlivem nízké teploty jsou oblačné vrstvy v nižších hloubkách. Vodík v horních vrstvách totiž rozptyluje světlo a projevuje se jako závoj, maskující detaily v dolních vrstvách. Jeho teplota v nejvyšších vrstvách atmosféry dosahuje -211 °C. Tato hodnota je ovšem stálá kolem celé planety, což je neobvyklé. Stejná zůstává jak na přivrácené straně, tak na straně odvrácené. Modrá barva Uranu je výsledkem pohlcování červeného světla metanem v horní vrstvě atmosféry. Větrné proudění směřuje k východu ve směru rotace a dosahuje až 600 km/h.
Neptun
Nápadně modrou barvu atmosféry Neptunu způsobuje rozptyl světla v atmosféře a pohlcování části světla metanem. Rychlost proudění v atmosféře je podobné jako u planety Uran. V rovníkových oblastech větry proudí proti směru rotace, ve vyšších šířkách je tomu naopak. Neptunovy větry jsou nejrychlejší ve Sluneční soustavě, dosahují rychlosti až 2 000 km/h. V atmosféře planety lze rozlišit několik zajímavých útvarů - Velkou tmavou skvrnu, Druhou tmavou skrvnu, Scooter apod. Velkou tmavou skvrnu - (The Great Dark Spot) na jižní polokouli - rozlohou odpovídá průměru Marsu, otáčí se proti směru chodu hodinových ručiček. Neptunovy větry pohybovaly Velkou tmavou skvrnou směrem na západ rychlostí 1 080 km/h. Skvrna mohla být bublinou, která vystoupala ze spodních vrstev atmosféry, ale její pravý původ zůstává záhadou. Pozorování v roce 1994 ukázala, že Velká tmavá skvrna zmizela! Buď se jednoduše rozptýlila, nebo je zamaskována jinými útvary Neptunovy atmosféry. Pár měsíců poté objevil HST novou temnou skvrnu na severní polokouli Neptuna. To znamená, že Neptunova atmosféra se mění rychle, možná díky malým změnám v teplotě mezi vrcholky a základnami mraků.
Druhá tmavá skvrna - je stabilní, má stejný směr rotace jako Velká tmavá skvrna. Scooter - leží jižně od Velké temné skvrny. Jedná se o světlý oblačný útvar na 42° jižní šířky. V atmosféře byly rovněž zjištěny hurikány, jejichž rychlost je vyšší než 1 000 km/h. Oblaky jsou složeny z metanu, který se v horních vrstvách atmosféry rozkládá na etan, acetylén a další uhlovodíky. Ty klesají do spodních vrstev atmosféry, která je chladnější, a proto tu dochází ke kondenzaci. Pak ledové částice padají do troposféry, kde je teplota vyšší a dochází k vypařování a vzniku metanu.
