Làm thế nào các đám mây có thể hình thành trong bầu khí quyển Hydrogen và Helium của sao Mộc?

Dưới đây là hình ảnh về các tầng mây của Sao Mộc ( nguồn: Wikipedia ):

Có ba lớp mây amoniac, amoni hydrosulfide và nước. Các điều kiện nhiệt độ và áp suất dường như giống như trái đất đáng ngạc nhiên; nhiệt độ từ 200 đến 300 K, áp suất khoảng 1 đến 10 atm, trọng lực khoảng 1,3g.

Những đám mây (của nước) hình thành trên trái đất vì năng lượng mặt trời khiến chúng bốc hơi từ một bề mặt rắn, nổi lên vài km, sau đó ngưng tụ để tạo thành những giọt nước (hoặc tuyết tinh thể rắn). Nhưng Sao Mộc không có bề mặt rắn, hoặc gần bằng năng lượng mặt trời như Trái đất.

Tất cả ba trong số các hợp chất hình thành đám mây phải ở dạng lỏng ở điều kiện của tầng mây. Với mật độ của các chất lỏng đó (trong khoảng 0,7 đến 1,2 g / cm ) và mật độ của phần lớn khí quyển hydro và heli, làm thế nào để các đám mây không rơi vào bên trong sao Mộc và không bao giờ xuất hiện trở lại?$^3$

Đầu tiên, đó là một câu hỏi tuyệt vời. Chủ yếu là câu trả lời thẳng thắn, vì vậy tôi có thể trả lời, nhưng nó vẫn là một câu hỏi hay.

và tôi sẽ thêm một hình ảnh tương tự, nhưng chi tiết hơn một chút vào bức ảnh bạn đã đăng.

Nguồn

Bạn nói đúng rằng có một sự khác biệt rõ ràng giữa bề mặt Trái đất nơi nước lỏng có thể tồn tại, bốc hơi, tạo mây, mưa và lặp lại. Về lý thuyết, chu trình nước của Trái đất có thể kéo dài vô tận miễn là bầu khí quyển của Trái đất và đầu vào mặt trời được duy trì (và thay thế hydro bị mất), nhưng đó là một hệ thống tròn chỉ cần đầu vào mặt trời.

Sao Mộc thì khác bởi vì theo thời gian, các khí nặng hơn trong Sao Mộc có thể sẽ chìm sâu hơn về phía trung tâm và các khí hình thành đám mây của sao Mộc sẽ giảm đủ thời gian. Một số "cơn mưa" của sao Mộc có thể rơi quá sâu trong hỗn hợp khí xoáy và khiến chu kỳ đám mây của sao Mộc vĩnh viễn, tương tự như nước thấm dưới lòng đất và rời khỏi chu kỳ mây nước của Trái đất. Vì vậy, trong 100 tỷ hoặc một nghìn tỷ năm hoặc lâu hơn, Sao Mộc có thể mất các đám mây và các đám mây hình thành khí trong bầu khí quyển phía trên vì những lý do mà bạn nghi ngờ.

Lý do điều này chưa xảy ra chỉ đơn giản là trộn. Mặc dù mật độ khí có xu hướng hướng tới các lớp mật độ ngày càng tăng, nhiệt bên trong Sao Mộc cũng muốn tỏa ra, do đó, có sự đối lưu rất lớn đang diễn ra trên khắp hành tinh. Điều này giữ một số khí nặng hơn trong bầu khí quyển phía trên của Sao Mộc. Sao Mộc quá hỗn loạn khi chỉ có hydro và heli trong bầu khí quyển phía trên của nó.

Vì vậy, một khi chúng ta bắt đầu quan sát rằng bầu khí quyển phía trên của Sao Mộc là (khoảng) 90% hydro, 9% heli, 1% các loại khí khác và sự pha trộn duy trì 1% khác, sau đó chỉ là vật lý đám mây .

Những đám mây trông giống như những bộ sưu tập hơi nước (những giọt nước đá hoặc nước nhỏ xíu, vì hơi nước thực sự trong suốt). Chúng trông giống như các vật thể có hình dạng, nhưng điều đó không hoàn toàn chính xác. Nếu bạn ở gần một đám mây (bay trong một mặt phẳng chẳng hạn), các cạnh rõ ràng sẽ biến mất. Một đám mây không phải là một đối tượng quá nhiều, đó là một sự thay đổi pha có thể nhìn thấy.

Khí quyển trên Trái đất có khoảng 78% nitơ, 21% oxy, 0,9% argon và (thường không được liệt kê vì nó rất khác nhau), trung bình khoảng 0,4% hơi nước, cao tới 1% với nhiệt độ cao và độ ẩm cao và gần bằng 0 % ở nhiệt độ lạnh hoặc sa mạc khô. Khi bạn lấy không khí bề mặt ấm, hơi nước 0,6-0,8% và không khí đó tăng lên (giống như không khí nóng), đó là sự thay đổi pha tạo ra các đám mây. Đám mây hình thành trong không khí nóng lên khi nó nguội đi. Có một số điểm thu hút tĩnh điện, nhưng chủ yếu chỉ là một khối không khí tương tự đang được làm mát và đám mây trông giống như có các cạnh chắc chắn, nhưng thực tế không phải vậy.

Điều tương tự chính xác xảy ra trên Sao Mộc, các pha khí khác nhau thay đổi ở nhiệt độ / áp suất khác nhau, nhưng quá trình là như nhau. Và, giống như trên Trái đất, một khi các giọt nước hoặc "icelet" hình thành, chúng dày đặc hơn và chúng bắt đầu rơi xuống, nhưng những giọt nước rơi rất nhỏ nên chúng rơi rất chậm và phần lớn, chúng rơi xuống bầu khí quyển. Ngoài ra, vì chúng là một sự thay đổi pha, đám mây mới đang được hình thành và đám mây cũ đang được giải ngân hoặc trở lại khí mọi lúc, giống như băng biển. Những đám mây có sự xuất hiện của bán vĩnh cửu, nhưng những đám mây rất năng động.

Nếu lời giải thích của tôi không phù hợp với bạn, thì đây là lời giải thích về các đám mây và cách chúng thực sự không bị ràng buộc với nhau mặc dù chúng trông như vậy.

Nhưng đó là ý chính của nó, sự pha trộn giữ cho bầu khí quyển phía trên của Sao Mộc không phải là hydro và heli tinh khiết (hay hydro tinh khiết), và sau đó, sự hình thành đám mây khá giống như trên Trái đất, chỉ không có bề mặt. Một số khí nặng hơn có thể bị mất trong chu kỳ, nhưng tổn thất đủ chậm để Sao Mộc vẫn có một số đám mây nặng tạo thành khí trong bầu khí quyển phía trên của nó và có thể trong hàng tỷ năm tới.

Sự thay đổi mật độ lớn hơn giữa H / He và các loại khí khác có thể đóng vai trò trong cách các đám mây hoạt động, vì sự thay đổi mật độ lớn hơn, nhưng tốc độ gió cũng cao hơn trên Sao Mộc. Tất cả những gì thực sự cần thiết là trộn. Sau đó, với các chất khí có thể trở thành chất lỏng hoặc nước đá dưới sự thay đổi nhiệt độ / áp suất, sự thay đổi pha tạo ra các đám mây.

Thỉnh thoảng, có thể các khí hình thành đám mây của sao Mộc, được bổ sung bằng các tác động của tiểu hành tinh và sao chổi. Shoemaker-Levy 9 có đường kính khoảng 5 km và một tỷ lệ khá lớn có lẽ là amoniac và nước đá. Đó là rất nhiều khí hình thành đám mây được thêm vào bầu khí quyển phía trên của Sao Mộc. Hệ thống vành đai mờ của Sao Mộc, có thể đã lớn hơn nhiều triệu năm trước, nhưng kể từ khi mưa vào Sao Mộc, và các vụ phun trào từ Io cũng có thể đóng vai trò giữ cho bầu khí quyển phía trên của Sao Mộc đủ giàu trong các yếu tố tạo ra đám mây như nước và amoniac.

Làm thế nào để những đám mây không rơi như mưa vào bên trong Sao Mộc và không bao giờ xuất hiện trở lại?

Khí trong tầng đối lưu của một hành tinh không phân biệt hóa học; sự hỗn loạn do nhiệt và hành tinh quay giữ cho bầu không khí bị trộn lẫn. Chúng ta có thể thấy điều này trong bầu không khí của chính chúng ta. Carbon dioxide và argon đậm đặc hơn đáng kể so với nitơ và oxy tạo thành phần lớn của khí quyển. Tuy nhiên, chúng ta không có một lớp carbon dioxide ở dưới cùng của khí quyển. Các cột mốc đánh dấu nơi một bầu không khí chuyển từ bị chi phối bởi hỗn hợp hỗn loạn sang bị chi phối bởi khuếch tán. Sự khác biệt hóa học theo khối lượng nguyên tử xảy ra ở trên tuabin, nhưng ngay cả ở đó, nó dần dần.

Nhưng mưa thì sao? Câu trả lời rất đơn giản: Nó bay hơi. Điều đó xảy ra ở đây trên Trái đất, đặc biệt là ở những vùng khô cằn. Những đám mây hình thành và mưa rơi xuống từ những đám mây đó, nhưng mưa đôi khi bay hơi trước khi nó chạm đất. Điều này được gọi là virga.

Nhiệt độ tăng bên trong Sao Mộc do gia nhiệt nén, với tốc độ khoảng 1,85 K trên mỗi km độ sâu tăng dần. Điều đó có nghĩa là nhiệt độ đạt đến nhiệt độ tới hạn của nước (647 K) khoảng 240 km dưới mức áp suất 1 bar. Vì vậy, ngay cả khi nước mưa có thể rơi xa như mưa trước khi bay hơi (điều đáng ngờ), nó sẽ không còn là một chất lỏng.