Svar:
Johanna! Många planeter har atmosfär! Av huvudplaneterna har Venus, jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus vad man kan kalla atmosfär. Dessutom har saturnusmånen Titan en ganska tät atmosfär. Bilden nedan är en filmsekvens som visar rörelserna i Jupiters atmosfär. Filmen är sammansatt av en serie bilder tagna av sonden Cassini. Hastigheten har ökats drygt 200000 gånger, förloppet som visas är cirka 10 dygn.

Det är framför allt två saker som bestämmer om en planet eller måne har atmosfär: planetens massa och förekomsten av ett magnetfält.

Om massan är stor kan molekylerna som utgör atmosfären inte "rymma" - den s.k. flykthastigheten (se flykthastighet) är mycket större än molekylernas hastighet.

Vi kan få en uppskattning av molekylernas hastighet genom att sätta uttrycket för rörelseenergi lika med medelenergin för molekylerna i en gas:

(1/2)mv² = (3/2)kT

Här är m molekylens massa, v dess medelhastighet (egentligen kvadratiska), k Bolzmanns konstant 1.38×10^&8722;23 J/K (se Boltzmann_constant) och T den absoluta temperaturen.

Vi får

v = sqrt(3kT/m)

För en molekyl med molekylvikten M får vi

v = sqrt(31.38×10^&8722;23T/(M1.6610^-27)) = 158sqrt(T/M)

För absoluta temperaturen 300 K får vi för syrgas

158sqrt(300/32) = 484 m/s

och för vätgas

158sqrt(300/2) = 1935 m/s

Flykthastigheten från t.ex. månens yta är 2.4 km/s (se Escape_velocity). Eftersom det även för en medelhastighet på 484 m/s finns många molekyler med t.o.m. 5 gånger denna hastighet, har den atmosfär som eventuellt funnits kring månen sedan länge försvunnit ut i rymden. Se vidare Maxwell_distribution.

Ett magnetfält är bra på att skydda en atmosfär från den s.k. solvinden. Denna består av mycket energirika laddade partiklar som skickas ut av solen. Ett magnetfält tvingar dessa partiklar till de magnetiska polerna där de orsakar norrsken. Utan magnetfält kan solvinden obehindrat "slita loss" molekyler från atmosfären.

Mars har en ganska tunn atmosfär (c:a 1/100 av trycket på jorden), och det beror på att Mars har ganska liten massa (flykthastigheten är 5.0 km/s) och inget magnetfält.

Planeternas rotation kommer från den roterande skiva ur vilken solen och planeterna bildades, se fråga 13042. Om inget stoppar denna rotation kommer den att fortsätta: det behövs en kraft för att bromsa upp jorden. Denna kraft finns faktiskt, se fråga 13056. Du är van vid att allt som rör sig eller roterar till sist stoppas upp om det inte drivs av en motor. Det beror på att det normalt finns en friktionskraft som orsakar uppbromsningen. Utan friktion fortsätter all rörelse och rotation enligt Newtons första rörelselag: En kropp förblir i vila eller likformig rörelse om inte krafter tvingar den att ändra detta tillstånd.

/Peter E 2006-02-28

Svar:
Carl! Egentligen en geologi-fråga, men jag skall ändå försöka mig på några kommentarer.

För det första finns det inga direkta data hur jordens urspungliga atmosfär var sammansatt. Vi får titta på vilka grundämnen i gasform som förekommer mycket i solsystemet och vilka gaser som kommer ut vid vulkanism. Jorden var ju när den bildades i princip en stor vulkan. Dels värmdes den upp när den bildades och dels utsattes den för ett bombardemang av meteoriter. Perioden kallas ju Hadean (Hades är ju dödsriket i den grekiska mytologin).

Grundämnenas förekomst i solsystemet framgår av Abundances_of_the_elements_(data_page)Sun_and_solar_system.

Där kan man se att förutom väte och helium (som båda är mycket lätta och försvinner nästan omedelbart när jorden bildades) dominerar kol, syre och kväve. Man bör alltså vänta sig att den urspungliga atmosfären innehöll dessa ämnen. Eftersom O₂ är mycket reaktivt så försvinner det säkert genom att det oxiderar andra ämnen, bland annat kol. Observera att det var säkert 1000-2000 grader på jordytan, så allt brännbart (t.ex. kol) brann upp. Enligt detta resonemang skulle atmosfären bestå till en stor del av koldioxid och en del andra gaser t.ex. kvävgas. Med tanke på vulkanism och venusatmosfärens sammansättning (se Planetary Fact Sheets), så inehöll atmosfären säkert även en del svaveloxider.

Nedanstående figur (från Atmosphere_of_Venus) visar den procentuella sammansättningen av Venus', Mars' och jordens troliga första atmosfär. Varför jordens nuvarande atmosfär är så helt annorlunda förklaras nedan.

Det är emellertid inte ens säkert att jorden hade någon atmosfär alls från början. Solen var när den skapades antagligen mycket aktiv (jmfr. T-Tauri stjärnor, T_Tauri_star), så partikelstrålningen från solen kan ha slitit bort den atmosfär som bildats.

Dagens atmosfär har sammansättningen c:a 20% syrgas, 80% kvävgas och små mängder av andra gaser t.ex. koldioxid, se Atmosphere_of_Earth. I medeltal innehåller jordatmosfären 1% vatten, i huvudsak som vattenånga och en mindre del som moln (vattendroppar/iskristaller).

Syrgasen kommer från fotosyntetiserande växter och bakterier, se figuren i fråga [1550] hur syrehalten har byggts upp under ett par miljarder år.

Vart har kolet tagit vägen då? Bilden i fråga [14739] visar i vilken form kolet finns på jorden (se även länk 1). De dominerande sänkorna är som synes kalksten (från snäckor, skaldjur) och organiskt material (från döda växter, djur, bakterier) i sedimentära bergarter. Det är alltså livsformer genom tiderna som har utarmat atmosfären på koldioxid!

Bara en liten del av den utspungliga koldioxiden finns bundet i existerande liv. Den viktigaste stabilisatorn för den atmosfäriska koldioxidhalten är jordens inre med hjälp av den långsamma koldioxidcykeln, Carbonate-silicate_cycle.

Med karbonat-silikatcykeln, se bilden nedan från länk 2, transporteras atmosfärens koldioxid, via havet, utfällning i form av CaCO₃, transport med kontinentaldriften till jordens inre i subduktionszonerna. Vid den höga temperaturen i jordens inre ombildas karbonatet till silikat. Vid vulkanutbrott släpps sedan en del av den återbildade koldioxiden ut i atmosfären.

Vi har alltså en cirkulation av koldioxid. Det är alltså så länge kontinentaldriften pågår en jämviktshalt av 200-280 ppm koldioxid i atmosfären (se figuren i fråga [830]). Anledningen till att denna process inte kan rädda oss från ökningen i koldioxidhalten (i dag över 380 ppm pga användning av fossila bränslen) är att processen har för lång tidskonstant - vi släpper helt enkelt ut alltför mycket koldioxid under kort tid.

Se även Atmosphere_of_Earth och History_of_Earth.

Se fråga [13757] för den organiska koldioxidcykeln och fråga [12306] för hur man tror att vatten kom till jorden.

/Peter E 2010-09-16