행성 대기의 조성과 구조

오늘은 태양계 지구형 행성과 목성형 행성의 대기 조성에 대해 알아보려고 합니다. 태양계 행성 중 금성과 화성 그리고 목성형 행성의 대기의 수직 구조 및 조성에 대해 알아보겠습니다.

 

 

금성 대기의 조성과 구조

 

금성의 대기는 대부분 이산화탄소로 구성되어있으며, 오존은 없습니다. 고도 1000km 이하인 대류권에는 이산화탄소 96.5%, 질소 3.5%, 수증기 0.01% 등이 있습니다.

지표면의 온도는 750K로 온도가 매우 높으며, 대류권계면 65km에서의 온도는 300K, 중간권 70~110km에서는 200K로 매우 낮습니다. 고도 30~70km 사이에는 두꺼운 구름층과 연무가 있습니다.

금성의 온도가 높은 것은 이산화탄소에 의한 온실효과 때문입니다. 초기 금성에는 물이 많았다고 추정되는데, 지면으로부터 방출된 열복사에너지는 풍부한 이산화탄소에 의해 흡수되고 재방출되어 지면과 대기의 온도가 다시 가열되는 과정이 반복되면서 지면의 물은 증발되어 대기의 수증기가 되었습니다. 대기 중의 수증기에 의해 온실효과가 반복되어 금성지면의 물은 모두 사라지게 되었습니다.

 

화성 대기의 조성과 구조

화성의 대기는 주로 이산화탄소 95%, 질소 2.7%, 산소 0.13%, 수증기 0.03%, 오존 0.3 ppm으로 구성됩니다. 대기의 총량은 지구의 약 1/100로 매우 적으며, 표면의 대기압은 6.1hpa 정도로 매우 낮습니다. 

화성 대기의 온도 분포를 살펴보면, 지표면 부근의 대기온도는 220K로 지구대기의 권계면 부근의 온도와 비슷하고, 대류권계면 180km에서의 온도는120K로 매우 낮습니다. 대류권계면 상부 열권에서는 기온이 상승하여 300K입니다.

화성에서 고도에 따른 기온 감소율은 맑은 대기의 경우 4도/1km 이내, 먼지바람으로 대기에 먼지가 많을 때는 기온감률 3도/km로 낮아집니다. 공기덩어리의 단열감률은 4.5도/km로 맑은 대기의 기온감률보다 큽니다. 따라서 화성의 대류권은 대체로 안정 적이라고 볼 수 있습니다.

 

 

목성형 행성 대기의 조성과 구조

목성형 행성의 대기는 지구형 행성의 대기에서는 볼 수 없는 수소, 헬륨, 메탄, 암모니아 등의 가벼운 휘발성 기체들로

이루어져 있습니다. 이는 태양의 구성성분과 매우 유사하여 태양의 생성 당시의 원시 대기 성분을 그대로 가지고 있는 것으로 생각됩니다.

목성형 행성은 짙은 대기로 둘러싸여 있으므로 지표면의 기온과 기압은 잘 알려져 있지 않습니다. 그러나 대기의 조성, 중력, 내부온도, 태양복사량이 다름에도 목성형 행성에서는 지구표면 평균기압의 10분의 1인 대류권계면에서 기온이 가장 낮게 나타납니다. 이러한 0.1 bar의 기압에서 대류권계면이 나타나는 이유는 아직도 알려지지 않았지만, 두꺼운 대기층으로 이루어진 행성들의 특징인 것으로 추정하고 있습니다. 목성형 행성 대류권의 온도와 압력은 대류권계면 아래로 내려갈수록 증가합니다. 목성형 행성의 대류권에는 두꺼운 구름층이 존재하여 구성성분에 따라 암모니아 구름층, 유화수소 암모니아 구름층, 물방울과 눈송이로 이루어진 구름층, 메탄 구름층으로 되어있습니다. 이런 다양한 구름층이 목성형 행성의 대류권을 가리고 있어 대류권계면 이하의 고도는 정확하게 측정되지 않고 있습니다.

 

오늘은 지구형 행성 중 화성과 금성, 목성형 행성의 대기의 조성과 구조에 대해 알아봤습니다. 행성의 헝성과 진화과정에서 서 태양의 열에너지와 수증기등이 얼마나 많은 영향을 미치는지 간략하게 알게 되는 시간이었습니다.