Bagaimana awan terbentuk di atmosfer Hidrogen dan Helium di Jupiter?

Berikut ini adalah grafik lapisan awan Jupiter ( sumber: Wikipedia ):

Ada tiga lapisan awan amonia, amonium hidrosulfida, dan air. Kondisi suhu dan tekanan nampaknya mirip bumi; suhu antara 200 dan 300 K, tekanan sekitar 1 hingga 10 atm, gravitasi sekitar 1,3g.

Awan (air) terbentuk di bumi karena mereka energi matahari menyebabkan mereka menguap dari permukaan padat, naik beberapa km, lalu mengembun menjadi tetesan air (atau salju kristal padat). Tetapi Jupiter tidak memiliki permukaan yang solid, atau energi matahari hampir sebanyak Bumi.

$^3$

Pertama, ini pertanyaan yang bagus. Sebagian besar jawabannya lurus ke depan, jadi saya bisa menjawabnya, tapi itu masih pertanyaan yang bagus.

dan saya akan menambahkan gambar yang serupa, tetapi sedikit lebih detail ke yang Anda posting.

Sumber

Anda benar bahwa ada perbedaan yang jelas antara permukaan bumi di mana air cair dapat ada, menguap, membuat awan, hujan dan ulangi. Secara teori siklus air bumi, bisa berlangsung tanpa batas selama atmosfer bumi dan input surya dipertahankan (dan kehilangan hidrogen diganti), tetapi itu adalah sistem melingkar yang hanya membutuhkan input surya.

Jupiter berbeda karena seiring waktu, gas yang lebih berat di Jupiter mungkin akan tenggelam lebih dalam ke arah pusat dan gas pembentuk awan Jupiter akan berkurang jika diberikan waktu yang cukup. Sebagian "hujan" Jupiter mungkin jatuh terlalu dalam di dalam campuran gas yang berputar-putar, dan meninggalkan siklus awan Jupiter secara permanen, mirip dengan air yang merembes ke bawah tanah dan meninggalkan siklus awan-air Bumi. Jadi, dalam 100 miliar atau satu triliun tahun atau lebih, Jupiter dapat kehilangan awan dan gas pembentuk awan di atmosfer atasnya karena alasan yang Anda curigai.

Alasan mengapa hal ini belum terjadi adalah hanya pencampuran. Sementara kepadatan gas cenderung menuju lapisan-lapisan dengan kepadatan yang meningkat, panas internal di dalam Jupiter juga ingin meratakan, sehingga ada konveksi besar terjadi hampir sepanjang jalan melalui planet ini. Ini membuat beberapa gas lebih berat di atmosfer bagian atas Jupiter. Yupiter terlalu bergolak untuk hanya memiliki hidrogen dan helium di atmosfer atasnya.

Jadi, sekali kita mulai dengan pengamatan bahwa atmosfer bagian atas Yupiter adalah (sekitar) 90% hidrogen, 9% helium, 1% gas lain dan campurannya mempertahankan 1% lainnya, setelah itu hanya fisika awan .

Awan terlihat seperti kumpulan uap air bengkak (tetesan kecil es atau air, karena uap air sebenarnya transparan). Mereka terlihat seperti benda dengan bentuk, tetapi itu tidak sepenuhnya akurat. Jika Anda berada dekat dengan awan (misalnya terbang di pesawat), tepi yang jernih menghilang. Awan bukanlah objek yang terlalu banyak, ini adalah perubahan fase yang terlihat.

Atmosfer di Bumi adalah sekitar 78% nitrogen, 21% oksigen, 0,9% argon dan (biasanya tidak terdaftar karena sangat bervariasi), sekitar 0,4% uap air rata-rata, setinggi 1% dengan suhu tinggi dan kelembaban tinggi dan mendekati 0 % dalam suhu dingin atau gurun kering. Ketika Anda mengambil udara permukaan hangat yang 0,6-0,8% uap air, dan udara itu naik (seperti udara panas), perubahan fasa itulah yang menciptakan awan. Awan terbentuk di udara panas yang naik saat mendingin. Ada beberapa daya tarik elektrostatik, tetapi sebagian besar itu hanya blok udara yang sama yang mengalami pendinginan dan awan itu tampak seperti memiliki tepi yang padat, tetapi tidak.

Hal yang persis sama terjadi pada Jupiter, fase gas yang berbeda berubah pada suhu / tekanan yang berbeda, tetapi prosesnya sama. Dan, seperti halnya di Bumi, begitu tetesan atau "es" terbentuk, mereka lebih padat dan mulai turun, tetapi tetesan yang jatuh sangat kecil sehingga jatuh sangat lambat dan sebagian besar, mereka jatuh melalui atmosfer yang naik. Juga, karena mereka adalah perubahan fasa, awan baru sedang terbentuk dan awan lama sedang dicairkan atau dikembalikan ke gas sepanjang waktu, seperti es laut. Awan memiliki penampilan semi permanen, tetapi awan bersifat dinamis.

Jika penjelasan saya tidak bekerja untuk Anda, berikut adalah penjelasan tentang cloud dan bagaimana mereka sebenarnya tidak terikat walaupun mereka terlihat seperti itu.

Tapi itulah intinya, pencampuran menjaga atmosfer bagian atas Jupiter dari hidrogen murni dan helium (atau hidrogen murni), dan setelah itu, pembentukan awan hampir sama dengan di Bumi, hanya tanpa permukaan. Beberapa gas yang lebih berat mungkin tersesat dari siklus, tetapi kehilangannya cukup lambat sehingga Jupiter masih memiliki beberapa awan tebal yang membentuk gas di atmosfer atasnya dan kemungkinan akan miliaran tahun yang akan datang.

Variasi kerapatan yang lebih besar antara H / He dan gas-gas lain kemungkinan memainkan peran dalam bagaimana awan berperilaku, karena variasi kerapatan lebih besar, tetapi kecepatan angin juga lebih tinggi di Jupiter. Yang benar-benar dibutuhkan hanyalah pencampuran. Setelah itu, dengan gas yang bisa menjadi cair atau es di bawah variasi suhu / tekanan, perubahan fasa menciptakan awan.

Mungkin juga gas-gas pembentuk awan Jupiter, dari waktu ke waktu, diisi ulang oleh dampak asteroid dan komet. Shoemaker-Levy 9 berdiameter sekitar 5 km dan persentase yang mungkin adalah amonia dan es air. Itu banyak gas pembentuk awan yang ditambahkan ke atmosfer bagian atas Jupiter. Sistem cincin Jupiter yang pudar, yang mungkin jauh lebih besar jutaan tahun yang lalu, tetapi sejak hujan ke Jupiter, dan letusan dari Io mungkin juga memainkan peran dalam menjaga atmosfer bagian atas Jupiter cukup kaya dalam elemen-elemen pembuatan awan seperti air dan amonia.

Bagaimana awan tidak jatuh sebagai presipitasi ke interior Jupiter dan tidak pernah muncul kembali?

Gas di troposfer planet tidak berdiferensiasi secara kimiawi; turbulensi yang didorong oleh pemanasan dan rotasi planet menjaga atmosfer tercampur dengan baik. Kita dapat melihat ini di atmosfer kita sendiri. Karbon dioksida dan argon jauh lebih padat daripada nitrogen dan oksigen yang membentuk sebagian besar atmosfer. Namun kita tidak memiliki lapisan karbon dioksida di bagian bawah atmosfer. Turbopause menandai di mana atmosfer bergeser dari yang didominasi oleh pencampuran turbulen menjadi yang didominasi oleh difusi. Diferensiasi kimia oleh massa atom memang terjadi di atas turbopause, tetapi bahkan di sana, secara bertahap.

Tapi bagaimana dengan hujan? Jawabannya sederhana: Menguap. Itu terjadi di Bumi, khususnya di daerah gersang. Awan terbentuk, dan hujan turun dari awan-awan itu, tetapi hujan terkadang menguap sebelum mencapai tanah. Ini disebut virga.

Temperatur naik di dalam Jupiter karena pemanasan kompresional, dengan laju sekitar 1,85 K per kilometer dari peningkatan kedalaman. Itu berarti suhu mencapai suhu kritis air (647 K) sekitar 240 kilometer di bawah level tekanan 1 bar. Jadi, bahkan jika air hujan bisa turun sejauh hujan sebelum menguap (yang meragukan), itu akan berhenti menjadi cairan.