¿Cómo averiguar las capas de la atmósfera?

La atmósfera de la Tierra, como probablemente sepa, se divide en cinco capas: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera.

https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth#Stratification

¿Cómo puedo determinar altitudes plausibles para los límites de estas capas para la atmósfera de mi planeta similar a la Tierra? Ya he descubierto la composición, la presión*, la densidad* y la velocidad de escape de la atmósfera, y sé otras cosas posiblemente relevantes sobre el planeta, como la masa, el radio, la gravedad, la densidad, la temperatura de la superficie, el albedo, la inclinación axial, la órbita, etc.

¿Son necesarios estos valores? Si es así, ¿hay alguno que necesite y no tenga? Además, un par de aclaraciones:

  1. No estoy necesariamente buscando un método universal empírico para determinar con precisión las cifras exactas, solo necesito una forma de obtener resultados razonables.

  2. Sé que algo así como las capas de la atmósfera pueden parecer insignificantes para la construcción del mundo, pero estoy interesado en saber esto para mi planeta, por lo que prefiero no simplemente agitarlo a mano por completo.

*a cualquier altitud; Tengo una calculadora para eso.

EDITAR: Según la solicitud de Morris The Cat, he compartido los valores con respecto al planeta y la atmósfera. Aquí están:

Masa - 1.2x Tierra

Radio - 1.17x Tierra

Gravedad – 0.88x Tierra

Densidad – 0.75x Tierra

Semi-eje mayor – 0.92 AU

Excentricidad – 1.8x Tierra

Periapsis – 0,89 AU

Apoapsis – 0,95 UA

Año: 0,8 veces la Tierra, 294 días terrestres

Velocidad orbital - 1.14x Tierra

Inclinación axial – 1.17x Tierra

Albedo – 1.22x Tierra

Velocidad de escape - 1.01x Tierra

Atmósfera: 71,9 % N, 25 % O2, 1,95 % Ar, 1,1 % CO2, 0,05 % gases traza

Cajero automático. presión @ nivel del mar - 1,45 atm

Densidad del aire a nivel del mar: 1,7 veces la Tierra

Específicamente, los comparé con los valores correspondientes de la Tierra que pensé que eran los más adecuados para lo que sugería el comentario.

Estoy bastante seguro de que si existiera tal modelo, las agencias espaciales estarían menos ansiosas por gastar dinero para arrojar latas de metal a los planetas para ese mismo alcance.
TBH, la mejor manera de obtener resultados razonables sería simplemente comenzar con los valores de la Tierra y luego ajustar en función de cuáles (si los hay) de sus parámetros difieren significativamente de los de la Tierra. No creo que nadie aquí pueda indicarle un modelo matemático en el que pueda conectar todos sus valores, pero si los comparte, podríamos ayudarlo a señalar qué cosas causarían variación.
@MorrisTheCat Nunca subestimes HDE 226868 :-). De hecho, tenemos varias personas en este sitio que saben cosas increíbles.
@MorrisTheCat Bien, los he agregado a la pregunta. Que haces de ellos.
Bueno, va a tener un clima interesante, eso es seguro. La atmósfera definitivamente va a ser más gruesa que la de la Tierra. Cuánto más gruesa, exactamente, teóricamente se podría calcular con los números que proporcionó HDE, pero la combinación de una mayor inclinación, un año más corto y una mayor excentricidad significa que la variación estacional debería ( Creo) ser MUCHO más severo, y eso hará que su perfil de temperatura sea aún más complicado. Seré honesto, si fuera yo, simplemente aumentaría los valores de la Tierra en un ~30% y lo llamaría bueno. .
@MorrisTheCat Puede tener una atmósfera claramente diferente en comparación con la Tierra según los eventos que haya experimentado o no durante su historia. Si la Tierra no hubiera experimentado el impacto de formación de la luna con Theia, tendría una atmósfera muy diferente a la que tenemos hoy. El efecto de la estrella anfitriona tampoco es despreciable, es probable que ciertos tipos de estrellas eliminen gran parte o la totalidad de la atmósfera de los planetas que están demasiado cerca o mal protegidos.

Respuestas (2)

Las cinco capas primarias de la atmósfera son, a medida que aumenta la altitud, la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera. Los límites correspondientes son la tropopausa, la estratopausa, la mesopausa y la termopausa. Así es como se definen esos límites:

  • Tropopausa : la tasa de caída Γ = − d T d z , el cambio de temperatura con la altura, va de positivo en la troposfera a negativo en la estratosfera, siendo cero en la tropopausa.
  • Estratopausa : La temperatura en la estratosfera aumenta con el aumento de la altitud; la estratopausa es donde se alcanza un máximo de temperatura una vez que se sale de la troposfera.
  • Mesopausia : la temperatura en la mesosfera disminuye al aumentar la altitud; la mesopausa es donde se alcanza un mínimo de temperatura una vez que se sale de la estratosfera.
  • Termopausa : La termopausa se encuentra en el punto donde el número de Knudsen kn ( z ) es aproximadamente igual a uno .

Esencialmente, para determinar la mayoría de estos límites, debe determinar un perfil de temperatura para la atmósfera y, a partir de ahí, calcular T ( z ) , Γ ( z ) , etc. Esto normalmente no es exactamente trivial.

¿Estás colando un mosquito?

Es difícil no tratar preguntas como esta como POB. Tenemos un punto de datos con el que trabajar: la Tierra. Sí, técnicamente tenemos los otros planetas en nuestro sistema solar, pero no tienen vida. Expresar un método de cálculo predecible de detalles como este cuando solo tiene un punto de datos con el que trabajar es como tratar de equilibrar una plataforma en un solo punto: se puede hacer de muchas maneras y todas son correctas. Así: POB.

Entonces, ¿por qué estoy respondiendo a tu pregunta? Doble:

(a) Me gustaría señalar que el nivel de detalle que está pidiendo (¿cuál es una altitud plausible...?) es un detalle que, sin pruebas, es muy poco probable que se necesite en su historia. Francamente, las cinco capas no están definidas por altitudes exactas (sino por un rango de altitudes) aquí en la Tierra. Y lo que es esa altitud por encima de Denver es diferente en comparación con Death Valley, CA y la meseta tibetana. Mi punto es, ¿su historia necesita más detalles que simplemente usar los nombres de la estratificación atmosférica?

(b) La navaja de Occam sugiere que, en igualdad de condiciones, la respuesta más simple suele ser la correcta. Por lo tanto, los invito a considerar una verdad simple: esas cinco capas pueden definirse tan fácilmente por rangos de porcentaje de altitud atmosférica como por la altitud real. Por lo tanto, usando nuestro único punto de datos como modelo:

  • Exosfera: 700 a 10 000 km (440 a 6 200 millas) o 7 %-100 %
  • Termósfera: 80 a 700 km (50 a 440 millas)[15] o 0,8%-7%
  • Mesosfera: 50 a 80 km (31 a 50 millas) o 0,5%-0,8%
  • Estratosfera: 12 a 50 km (7 a 31 millas) o 0,1%-0,5%
  • Troposfera: 0 a 12 km (0 a 7 millas)[16] o 0%-0,1%

Ahora que tenemos conversiones a porcentajes, todo lo que necesita hacer es tomar sus estadísticas planetarias, determinar la altitud más externa de la exosfera de su planeta y aplicar los porcentajes. ¿Habría variaciones debido a cosas como la densidad? Sí, pero postulo que para los propósitos de su historia, cualquier análisis de este tipo está mucho más allá del nivel de detalle requerido para una historia creíble.

En otras palabras. No creo que necesites colar un mosquito.

¿Qué significa "POB"?
@MorrisTheCat Principalmente basado en opiniones. Es una de las razones cercanas comunes a todas las pilas.
@MorrisTheCat Me disculpo. He trabajado tanto en todo esto que olvido que no todos conocen las siglas y abreviaturas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que tenemos una definición diferente para principalmente basada en opiniones que el resto de Stack Exchange, principalmente porque nadie tiene experiencia en magia. :-)
@JBH no se preocupe, tuvo sentido una vez que lo explicó.
Me encanta el pragmatismo de esto. Creo que muchas personas se dejan atrapar por la búsqueda de detalles.
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