Atmosphäre (Astronomie)

Dieser Artikel befasst sich mit den Atmosphären von Planeten und kleineren astronomischen Objekten, für andere Bedeutungen siehe Atmosphäre (Begriffsklärung).

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Die Atmosphäre (von griechisch ατμός, atmós = Luft, Druck, Dampf und σφαίρα, sfära = Kugel) ist die gasförmige Hülle um einen Himmelskörper. Sie besteht meist aus einem Gemisch verschiedener Gase, die vom Schwerefeld des Himmelskörpers festgehalten werden können.

Die Atmosphäre ist an der Oberfläche am dichtesten und geht in großen Höhen fließend in das interplanetare Medium über. Der Druckverlauf ist in den unteren Bereichen bestimmt durch die hydrostatische Gleichung, bei im Vergleich zum Planetenradius dünnen Atmosphären geschrieben werden kann als

${\mathrm {d} p \over \mathrm {d} h}=-g\rho (h)$

mit dem Druck p, der Höhe h, der Schwerebeschleunigung g und der Dichte ρ. Im Falle konstanter Temperatur reduziert sich die Gleichung zur barometrischen Höhenformel. Im äußeren Bereich ist diese Beschreibung jedoch nicht mehr gültig, da sich die Bestandteile aufgrund der geringen Dichte auf Keplerbahnen oder den Magnetfeldlinien bewegen und sich gegenseitig kaum noch beeinflussen.

Aufbau

In der Regel ist eine Atmosphäre keine homogene Gashülle, sondern aufgrund zahlreicher innerer und äußerer Einflüsse in mehrere mehr oder weniger klar gegeneinander abgegrenzte Schichten einzuteilen, die vor allem durch die Temperaturabhängigkeit chemischer Prozesse in der Atmosphäre und die Strahlungsdurchlässigkeit abhängig von der Höhe entstehen. Im wesentlichen kann man folgende Schichten nach dem Temperaturverlauf unterscheiden:

• An der Planetenoberfläche beginnt in der Regel die Troposphäre, in der Konvektionsströmungen vorherrschen. Sie wird begrenzt durch die Tropopause.
• Darüber liegt die Stratosphäre, in der die Strahlung beim Energietransport dominiert. Sie wird begrenzt durch die Stratopause.
• In der Mesosphäre wird, vor allem durch Kohlenstoffdioxid, Energie abgestrahlt, so dass in dieser Schicht eine starke Abkühlung erfolgt. Sie wird begrenzt durch die Mesopause.
• In der Thermosphäre dissoziieren und ionisieren die meisten Moleküle, wodurch die Temperatur deutlich ansteigt.
• Die äußerste Schicht ist die Exosphäre, aus der die vorwiegend atomaren bzw. ionisierten Bestandteile aus dem Schwerefeld des Planeten entweichen können. Sie wird bei Vorhandensein eines Magnetfeldes durch die Magnetopause begrenzt.

Diese Gliederung gibt nur eine grobe Einteilung wieder, und nicht jede Schicht ist bei allen Atmosphären nachweisbar. So besitzt die Venus z. B. keine Stratosphäre, kleinere Planeten und Monde besitzen nur eine Exosphäre, z. B. der Merkur. Es ist auch möglich die Atmosphäre nicht nach dem Temperaturverlauf, sondern nach anderen Gesichtspunkten zu gliedern, wie:

• dem radio-physikalischen Zustand der Atmosphäre (Ionosphäre, Magnetosphäre)
• nach physiko-chemischen Prozessen (Ozonosphäre bzw. Ozonschicht, Chemosphäre)
• der Lebenszone (Biosphäre)
• der Durchmischung (Homosphäre, Homopause, Heterosphäre)
• dem aerodynamischen Zustand (Prandtl-Schicht, Ekman-Schicht, beide als Planetare Grenzschicht, Freie Atmosphäre)

Übersicht über die Planetenatmosphären

Planet	Druck (hPa)	H	He	N	O	CO2	CH4	sonstige	Bemerkungen
Merkur	10-8	22 %	6 %	ja	42 %	ja		Natriumdampf	nur Exosphäre
Venus	92.000		ja	3,5 %		96,5 %			keine Mesosphäre
Erde	1.013	ja	ja	78 %	21 %	0,03 %		Argon 1 %
Mars	4 - 10 (variabel)			2,7 %	0,13 %	95 %	10 ppb	Argon 1,6 %
Jupiter	>106	89,8 %	10,2 %				ja		Gasriese
Saturn	>106	96,3 %	3,3 %				ja		Gasriese
Uranus	>106	82 %	15,2 %				2,3 %		Gasriese
Neptun	>106	80 %	19 %				1 %		Gasriese
Pluto	0-0,005			ja			ja		Ausdehnung variiert.

Neben den Planeten haben auch einige größere Monde eine Atmosphäre, auch bei Planeten anderer Sternsysteme (Exoplanet) konnten mit spektrografischen Methoden Atmosphären nachgewiesen werden.

Siehe auch: Planetologie, Erdatmosphäre, Schichtungsstabilität, Meteorologie, Luft

Entstehung einer Atmosphäre fehlt