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■ 行星大氣的溫度之謎
科學新聞由SciScape提供
地球與無數的系外行星，其大氣結構中的對流層頂，可能擁有共同的特徵，科學家認為，可以藉此特性尋找適合居住的系外行星。
你知道地球與太陽系其他行星如木星、土星、天王星、海王星的大氣，有什麼共同點嗎？它們的大氣成分彼此差異極大，但是結構中都有對流層頂的存在，不僅如此，對流層頂的位置，均出現在氣壓0.1巴（bar）左右處，這個壓力接近地表氣壓的十分之一。但究竟為什麼對流層頂出現在氣壓相似的位置，一直是個謎，最近的一個研究給了謎底，結果已發表在12月8日出刊的Nature Geoscience上。
對流層頂是對流層與平流層的分界，也是兩層間的最低溫處。以地球大氣為例，對流層的空氣主要受到地表加熱，熱空氣經對流上升，但因高空的空氣稀薄，使得上升的熱空氣因膨脹而冷卻，在對流層頂處溫度下降到最低。緊接著在上方的平流層，因為大氣中含有吸收短波輻射的氣體，如臭氧，氣溫變化剛好相反，氣溫隨著高度上升而增加。因此，空氣對輻射吸收與釋放的變化，造就了大氣垂直的溫度結構。
美國華盛頓大學天文學家羅賓森（Tyler Robinson）與行星科學家卡特林（David Catling）使用一維解析模式，來重現太陽系內，這些有對流層頂的行星及衛星，其對流層與平流層的平均溫度結構，希望能找出對流層頂背後的主控物理機制。他們發現關鍵就在大氣輻射的特性，在高海拔的大氣，因低壓的環境，使其對熱輻射變得透明、吸收較少。當氣壓低於0.1巴後，大氣能以吸收較短的輻射而再升溫。
科學家認為，這個0.1巴的規則，應該也能用在無數的系外行星上，如果這些行星的大氣中，同樣也有吸收短波輻射的平流層氣體。如此一來，可以往下推算這些行星表面的溫度與壓力狀況，來判斷是否有液態水在地表存在、是否為適合居住的世界。
參考新聞：
1. Sciencedaily：Astronomers solve temperature mystery of planetary atmospheres
參考論文：
1. Robinson, T. D. and Catling, D. C., Common 0.1 bar tropopause in thick atmospheres set by pressure-dependent infrared transparency, Nature Geoscience, 7, 12-15, 2013.
2. Robinson, T. D. and Catling, D. C., An analytic radiative-convective model for planetary atmospheres,Astrophys. J.,757, 104, 2011.
參考資料：
1. Pierrehumbert, R. T., Infrared radiation and planetary temperature, Physics Today, 64, 33-38, 2011
2. Graedel T. E. and Crutzen P. J., 陳正平譯，《變色的天空：大氣與氣候變遷的故事》，台北，遠哲基金會，14-17頁，1977年。
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