TEMPERATURA REALE

Nella nostra trattazione di come fattori atmosferici differenzino la temperatura reale di un pianeta dalla effettiva andremo a considerare:
- Pianeti (satelliti) di tipo terrestre (quelli di tipo Giove non hanno superficie nel senso qui inteso, ben definibile);
- Corpi dotati di atmosfere rilevanti (escludiamo quindi ad esempio Mercurio e Luna dotati di atmosfere troppo tenui per dare effetti importanti). Come l'atmosfera influenzi questi corpi si può vedere con un semplice conto.

Grazie alla legge di Wien possiamo calcolare qual è la radiazione di picco che la Terra emette nel liberare l’energia ricevuta dal Sole:

che cade nell’infrarosso medio. Questa radiazione viene in parte assorbita dai gas che compongono l’atmosfera, contribuendo così all’innalzamento della temperatura al di sopra della temperatura effettiva.
Alle lunghezze d’onda dell’infrarosso medio i maggiori responsabili dell'assorbimento sono:

I primi tre sono i responsabili dell'effetto serra, le ultime dell'effetto areosol.

EFFETTO SERRA


Supponiamo un’atmosfera composta da un singolo strato che assorba tutta la radiazione IR emessa dalla superficie del pianeta; l’effetto serra è determinato sostanzialmente dal bilancio energetico radiativo tra superficie, atmosfera e spazio esterno:


Come si vede nella figura, la radiazione che giunge sul pianeta dal Sole (Sr) deve essere uguale alla radiazione che l’atmosfera emette nello spazio (Pr), altrimenti il pianeta si riscalderebbe continuamente nel tempo.
La superficie del pianeta assorbe il calore del Sole e quello che l’atmosfera gli ritrasmette, e quindi rilascia nell’atmosfera il flusso . Il sistema pianeta+atmosfera quindi può essere assimilabile ad un nuovo corpo nero la cui luminosità è:
Semplificando e risolvendo rispetto a Tsurf:
Per la Terra, la temperatura media superficiale in questa modellizzazione risulta:, che sono troppi, ma ricordiamoci che abbiamo assunto che tutta la radiazione IR rilasciata dalla superficie venga intrappolata dall’atmosfera, il che è un’evidente estremizzazione.

In realtà, la temperatura superficiale terrestre mediata su tutte le latitudini, su tutte le ore del giorno, su tutto l'anno, è circa .

Il fattore che fa aumentare la temperatura superficiale rispetto a quella effettiva, che noi abbiamo ricavato da un semplice bilancio energetico, ha in realtà un’origine fisica. Il radicando è uguale a , dove t è la profondità ottica dell’atmosfera alle lunghezze d’onda infrarosse. Nel nostro modello, aver supposto l’atmosfera composta da un singolo strato che cattura tutta la radiazione IR emessa dalla superficie corrisponde ad aver posto . È possibile così generalizzare la formula della temperatura superficiale:

Possiamo così valutare, ad esempio, l’entità dell’effetto serra sul pianeta Venere. La sua temperatura effettiva, valutando l’albedo a=0.77, risulta:, persino minore della temperatura effettiva terrestre (nonostante la maggiore vicinanza al Sole, Venere ha un’albedo molto più alta, quindi meno radiazione solare viene assorbita dalla superficie del pianeta).
Il valore della profondità ottica, indispensabile per calcolare la temperatura superficiale media, risulta essere . La temperatura superficiale di Venere è quindi:

Le sonde inviate su Venere hanno in effetti rilevato una temperatura superficiale comparabile di 740 K, circa 460ºC.



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Bibliografia

Bradley W. Carroll-Dale A. Ostlie, An introduction to modern astrophysics, Addison-Wesleyb Publishing Company, Ogden, Ut (USA), 1996
Barrie W. Jones, Discovering the solar system, John Wiley & Sons, Chichester (England), 1999

Le immagini sono state tratte dai seguenti siti:

www.ldgo.columbia.edu/dees/ees/climate/index.html
www.meteorologia.it/didattica/avanzato/circolazione_generale.htm.



© Loretta Solmi, 2011