Ambiental Física PROBLEMAS ATMÓSFERA

Física Ambiental PROBLEMA 1 Un campo de investigación muy activo actualmente es la detección de planetas extrasolares y la búsqueda de planetas similares a la Tierra orbitando otras estrellas. Entre las propiedades objeto de estudio de estos exoplanetas, una de las más destacadas es la temperatura en superficie. En los cálculos siguientes debe usarse el modelo de atmósfera simple no absorbente (transparente a la radiación de onda corta de la estrella y absorbente total de la radiación infrarroja emitida por el planeta): para un exoplaneta que recibiese de su estrella un flujo de energía igual al que la Tierra recibe del Sol, se pide: Calcular cuál sería la temperatura en superficie, suponiendo que tal superficie tuviese las características propias de los desiertos de la Tierra (albedo característico 0.40). Calcular la temperatura en superficie de un exoplaneta oceánico, cubierto completamente por un manto de agua líquida (albedo característico 0.10). Constante solar terrestre: 1366 W·m-2. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.68·10-8 W·m-2·K-4. (a) Planeta desértico (planeta Tatooine de La Guerra de las Galaxias) La temperatura en superficie sería 18-(-28) = 46 ºC más elevada que en ausencia de efecto invernadero.

Física Ambiental PROBLEMA 1 (Continuación) Un campo de investigación muy activo actualmente es la detección de planetas extrasolares y la búsqueda de planetas similares a la Tierra orbitando otras estrellas. Entre las propiedades objeto de estudio de estos exoplanetas, una de las más destacadas es la temperatura en superficie. En los cálculos siguientes debe usarse el modelo de atmósfera simple no absorbente (transparente a la radiación de onda corta de la estrella y absorbente total de la radiación infrarroja emitida por el planeta): para un exoplaneta que recibiese de su estrella un flujo de energía igual al que la Tierra recibe del Sol, se pide: Calcular cuál sería la temperatura en superficie, suponiendo que tal superficie tuviese las características propias de los desiertos de la Tierra (albedo característico 0.40). Calcular la temperatura en superficie de un exoplaneta oceánico, cubierto completamente por un manto de agua líquida (albedo característico 0.10). Constante solar terrestre: 1366 W·m-2. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.68·10-8 W·m-2·K-4. (b) Planeta oceánico (planeta Kamino de La Guerra de las Galaxias) La temperatura en superficie sería 50-(-2) = 52 ºC más elevada que en ausencia de efecto invernadero.

Física Ambiental PROBLEMA 2 Representar gráficamente la temperatura en superficie en función del albedo para un planeta que reciba de su estrella el mismo flujo de energía que la Tierra del Sol en los siguientes casos: La atmósfera del planeta es totalmente transparente a la radiación de onda corta de la estrella y absorbe completamente el infrarrojo reemitido por el planeta. La atmósfera del planeta es absorbente selectiva, y el coeficiente de cuerpo gris es e = 0.80. La atmósfera del planeta es absorbente selectiva, y el coeficiente de cuerpo gris es e = 0.60. La atmósfera del planeta es absorbente selectiva, y el coeficiente de cuerpo gris es e = 0.40. Constante solar terrestre: 1366 W·m-2. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.68·10-8 W·m-2·K-4. Ecuaciones aplicables: Atmósfera absorbente selectiva Atmósfera simple

Física Ambiental PROBLEMA 3 Las estrellas más abundantes en la galaxia son las enanas rojas, que poseen una fracción de la masa del Sol y cuya temperatura es bastante más fría. Una de estas estrellas, Gliese 581, tiene sólo un 29% del radio del Sol. Su temperatura superficial es de 3480 K. A su alrededor orbitan varios cuerpos de tamaño planetario, siendo uno de ellos Gliese 581b, que está situado a 6·106 km de la estrella. Estimar la temperatura superficial para el exoplaneta Gliese 581b usando el modelo de planeta sin atmósfera y el modelo de atmósfera simple. El dato del albedo de este planeta es incierto, pero utilice el valor a = 0.50. ¿A qué distancia de la estrella tendría que orbitar este exoplaneta para recibir de su estrella el mismo flujo de energía que la Tierra recibe del Sol, y cuál sería entonces su temperatura superficial? Constante solar terrestre: 1366 W·m-2. Radio del Sol: 7·105 km. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.68·10-8 W·m-2·K-4. (a) La potencia generada por la estrella puede calcularse a partir de su temperatura superficial y su radio: Flujo de energía (densidad de potencia) Superficie radiante de la estrella 0.29  radio Sol La constante solar en Gliese 581b es igual a la potencia generada por la estrella repartida sobre la superficie de una esfera de radio igual al de la órbita del planeta: Modelo planeta sin atmósfera Modelo atmósfera simple

Física Ambiental PROBLEMA 3 (Continuación) Las estrellas más abundantes en la galaxia son las enanas rojas, que poseen una fracción de la masa del Sol y cuya temperatura es bastante más fría. Una de estas estrellas, Gliese 581, tiene sólo un 29% del radio del Sol. Su temperatura superficial es de 3480 K. A su alrededor orbitan varios cuerpos de tamaño planetario, siendo uno de ellos Gliese 581b, que está situado a 6·106 km de la estrella. Estimar la temperatura superficial para el exoplaneta Gliese 581b usando el modelo de planeta sin atmósfera y el modelo de atmósfera simple. El dato del albedo de este planeta es incierto, pero utilice el valor a = 0.50. ¿A qué distancia de la estrella tendría que orbitar este exoplaneta para recibir de su estrella el mismo flujo de energía que la Tierra recibe del Sol, y cuál sería entonces su temperatura superficial? Constante solar terrestre: 1366 W·m-2. Radio del Sol: 7·105 km. Constante ley Stefan- Boltzmann s = 5.68·10-8 W·m-2·K-4. (b) Distancia orbital de un planeta del sistema Gliese 581 de modo que la constante solar sea como en la Tierra: Temperaturas de equilibrio para un planeta orbitando a la distancia r’ Modelo planeta sin atmósfera Modelo atmósfera simple (Cálculos automatizados en hoja Excel 0240-MyC-Modelo exoplaneta.xls)