Что такое равновесная температура планет?
Когда астрономы изучают планеты и экзопланеты, один из ключевых параметров, который помогает понять их климатические условия, — это равновесная температура. Этот показатель позволяет оценить, насколько нагрето небесное тело за счет излучения своей звезды. Однако существует несколько способов определения равновесной температуры, и важно понимать различия между ними.
Вариант 1. Идеализированное черное тело
В классическом определении равновесная температура планеты (planetary equilibrium temperature) — это теоретическая температура абсолютно черного тела, которое получает энергию от звезды и излучает ее обратно в космос.
В этой модели:
- атмосфера и парниковый эффект полностью игнорируются;
- планета поглощает все падающее излучение без отражения;
- тепловое излучение идет с поверхности равномерно.
Такое упрощение удобно для первых прикидок, но оно дает заниженные значения для тел с высоким альбедо (например, Венеры) и не учитывает реальный нагрев поверхности.
Вариант 2. Учет альбедо и перераспределения тепла
Более точная модель учитывает, что планета отражает часть излучения. Доля отраженного света определяется альбедо
. В расчет включают только ту часть энергии, которая действительно поглощается:
где:
- 𝐿⋆ — светимость звезды,
- d — расстояние от звезды до планеты,
- σ — постоянная Стефана–Больцмана,
- A — альбедо.
Кроме того, иногда вводят поправку на то, как тепло распределяется по поверхности: если планета всегда обращена одной стороной к звезде (приливная блокировка), равновесная температура может быть выше на освещенной стороне и ниже на темной.
Желтые стрелки показывают поток солнечного излучения, падающий на планету.
Часть энергии отражается обратно в космос (серый луч) — это определяется альбедо планеты.
Оставшаяся энергия поглощается и затем излучается в виде теплового инфракрасного излучения (оранжевая стрелка). Баланс между поглощенным и излученным излучением определяет равновесную температуру планеты.
Примеры равновесных температур планет
| Планета | Альбедо (A) | Равновесная температура (K) | Средняя фактическая температура (K) |
|---|---|---|---|
| Меркурий | ~0,06 | ≈ 440 | от 100 до 700 (днем/ночью) |
| Венера | ~0,75 | ≈ 230 | ≈ 735 |
| Земля | ~0,30 | ≈ 255 | ≈ 288 |
| Марс | ~0,25 | ≈ 210 | ≈ 215 |
| Юпитер | ~0,50 | ≈ 110 | ≈ 125 |
| Плутон | ~0,50 | ≈ 40 | ≈ 45 |
Из таблицы видно, что для планет без плотной атмосферы (Марс, Плутон) равновесная температура хорошо согласуется с фактической. А вот у Венеры разница колоссальна: плотный слой углекислого газа создает мощнейший парниковый эффект, разогревая поверхность более чем на 500 К выше теоретического значения.
То есть, равновесная температура — это не «реальная» температура на поверхности планеты, а идеализированный ориентир, который помогает сравнивать разные небесные тела.
- В первом варианте (черное тело) расчет прост, но сильно упрощает картину.
- Во втором варианте (с учетом альбедо и перераспределения тепла) результат точнее и позволяет сопоставлять планеты между собой.
Однако в обоих случаях равновесная температура — лишь отправная точка: фактический климат планеты определяется атмосферой, парниковым эффектом и многими другими факторами.