X

Perda da atmosfera: por que o ar não escapa do planeta?

Prof. Lang: É possível o ar escapar da atmosfera para o espaço? Os terraplanistas explicam que a atmosfera não escapa por causa de um domo que cobriria a Terra Plana. Mas esta explicação é ridícula e penso que a gravidade é responsável mas gostaria de entender melhor isso. Agradeço sua explicação.

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Vou começar pela explicação que muito justamente denominas de ridícula (somente mantida com forte dissociação cognitiva), dada pelos anacrônicos e analfabetos científicos terra-chatos. Para começar, como pessoas equilibradas intelectualmente sabem, a Terra não é plana e este conhecimento remonta já aos Antigos Gregos. Vide outras postagens sobre a esquizofrênica concepção dos terra-chatos em temas correlacionados como Refutando a Terra PlanaSatélites de telecomunicações não existem, afirmou um aloprado terra-chato!É possível sustentar a centralidade da Terra no universo?,  Alta temperatura na termosfera impossibilita as viagens espaciais?Tamanho da Terra em foto da NASA: prova de que a foto é falsa?.

Entro agora na boa e salutar discussão científica sobre o tema do escape ou perda da atmosfera. Há uma Física muito interessante envolvendo a atmosfera terrestre e alguma coisa eu abordei em um artigo publicado na Revista Brasileira de Ensino de Física, intitulado A Física no salto recorde de Felix Baumgartner.

De fato é a gravidade que retém na superfície de nosso planeta o gás atmosférico. A possibilidade de retenção de gás na superfície de um corpo graças à gravitação está relacionada com a energia cinética das moléculas do gás e com o conhecido conceito gravitacional de velocidade de escape.

A velocidade de escape da superfície da Terra (ou mesmo das camadas superiores da atmosfera) é cerca de 11 km/s. Corpos lançados para cima com esta velocidade podem se afastar indefinidamente do nosso planeta pois tem energia cinética suficiente para que o campo gravitacional do planeta não consiga reverter a velocidade de afastamento (impropriamente muitas vezes é dito que um corpo com tal velocidade está livre do campo gravitacional da Terra).

Um gás pode ser retido em torno de um planeta (ou satélite) caso a velocidade das moléculas do gás sejam muito menores do que a velocidade de escape para o planeta.

As energias cinéticas moleculares dependem da temperatura do gás conforme a Teoria Cinética dos Gases ou mais precisamente a Distribuição de Maxwell-Boltzmann. O gráfico que segue indica como o módulo das velocidades moleculares está distribuído (função densidade de probabilidade para dois gases na temperatura de 300 K.

Optei por mostrar no gráfico o comportamento das velocidades para o nitrogênio – que constitui cerca de 78% da nossa atmosfera – e do hidrogénio – existente em pequeníssimas proporções na atmosfera mas cujas moléculas, por serem as mais leves, possuem em média velocidades maiores do que as de outros gases. A velocidade quadrática média das moléculas de nitrogênio se situa próxima de 500 m/s e as de hidrogênio quase 2,0 km/s.

Nota-se também que a quase totalidade das moléculas de nitrogênio e hidrogênio tem velocidades respectivamente inferiores a 1,5 km/s e 5,0 km/s, portanto inferiores à velocidade de escape do nosso planeta.

Nas camadas superiores da atmosfera, na rarefeita exosfera terrestre, dado que a temperatura é da ordem de milhar de graus kelvin (a energia cinética média das moléculas é diretamente proporcional à temperatura), há perda de principalmente de hidrogênio (e de outros gases) da atmosfera  por este processo que é denominado Escape de Jeans (em honra ao físico James Jeans que o estudou).

Assim sendo fica evidente que a gravidade é de capital importância para a existência de atmosfera nos planetas. Também é fácil inferir, que dado que a velocidade de escape da Lua é muito menor do que da Terra (cerca de 2,4 km/s), gases presentes em sua superfície aquecida pelo Sol, escapam rapidamente.

Os mecanismos de escape atmosférico são diversos, indo muito além do Escape de Jeans. Um ótimo artigo sobre o tema, discutindo a existência ou não de atmosfera em outros locais do nosso sistema solar, está disponível em SciAm.

________________________

COMENTÁRIO ADICIONAL: A concepção de que o vácuo é capaz de sugar coisas foi superada no século XVII com o célebre trabalho do Toricelli e as bombas aspirantes. Em uma bomba aspirante, por mais que se produza vácuo (se reduza a pressão no seu interior) a coluna de água não se eleva por mais de 10 m. Vide E se o experimento de Torricelli para medir a pressão atmosférica fosse feito com água ao invés de mercúrio?

Da mesma forma uma coluna de ar atmosférico não pode se elevar indefinidamente mesmo que no seu topo exista vácuo. Se a densidade do ar não se alterasse ao longo da coluna, ela teria apenas 8,5 km da altura. Com a redução da densidade do ar ao longo da coluna, ela se estende por muitas dezenas de quilômetros enquanto a sua densidade diminui, tendendo a zero.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

Visualizações entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 2527.


28 comentários em “Perda da atmosfera: por que o ar não escapa do planeta?

  1. Jose´ Altino disse:

    Poderiam verificar a presença de GRAU ao lado de kelvin no texto em questão.

  2. Ararê Zavarise de Moura disse:

    É possível reproduzir este fenômeno em uma câmara de vácuo? se não é possível reproduzir e somente se basear em teoria e cálculos desculpe mas é somente especulação cientifica e não ciência, assim como afirmar que o homem veio do macaco e que as estrelas tem bilhões de anos, tudo baseado em teoria, ou seja em fé cientifica.

    • Fernando Lang disse:

      Somente boçais afirmam “que o homem veio do macaco”! Basta estudar um pouco (mas isso os ignorantes acham difícil!) para SABER que o homem não veio do macaco mas que macacos e homens possuem um ancestral comum.

      Em uma Terra Plana, coberta pelo Domo da Ignorância Fideísta, e sem gravidade (pois os terra-chatos negam a gravidade) não há como explicar sequer aquilo que Pascal já constatou no século XVII (aqui podes aprender um pouco sobre o asssunto). Na Terra real, esférica e com gravidade, prevemos e medimos as variações de densidade e pressão do ar com a altitude (aqui podes aprender um pouco sobre o assunto).
      pressão_altitude

      • Luiz Henrique Martins Soares disse:

        Prezado professor,

        Tomando por base a afirmação do colega acima, que diz que “ somente se basear em teorias e cálculos são especulações científicas e não ciência”: não deveríamos crer naquilo que a matemática demonstra ser correto é irrefutável? Pergunto isso pois tenho uma grande fé na matemática, seja qual for a área de aplicação. Na física é assim também? Ou seja: se consigo provar matematicamente, mas não reproduzir, não é ciência?

        • Fernando Lang disse:

          A Matemática é uma ciência formal, ou seja, o “critério de verdade” da Matemática é a consistência interna. Nem todas as teorias matemáticas tem aplicações no mundo real.
          A Física é uma ciência fatual e o objetivo dela é alcançar a realidade, embora de maneira falível e corrigível.
          Portanto nem tudo que é demonstrável matematicamente tem sentido no mundo real.

      • Márcio disse:

        Se a velocidade de escape da gravidade da Terra é 11km/s, ou seja, 3690km/h. Aproximadamente 3x a velocidade do som. Agora imaginem um foguete como os do projeto Apolo pesando toneladas tendo que atingir esta velocidade em 1969 e partir para a Lua a 384000km com um computador de bordo com a capacidade computacional de uma calculadora dos anos 90. Por estas contas a viagem duraria no máximo 104h.. Num conta simples pouco mais de 4 dias. Mas a Apolo 11 chegou em 3 dias e 3h. Rápido. Já em 2003 a sonda europeia SMART-1 demorou 1 ano 1 mês e 3 semanas a chegar à Lua!

        Estranho! Perdemos capacidade tecnológica com o tempo?
        Em 1969 um foguete de toneladas já viajava acima de Mach 3? Uau.

  3. Luciano David disse:

    Prof. Fernando Lang da Silveira,

    Uma interessante explicação, mas, veja, trata-se apenas de uma conjectura teórica, baseada em cálculos que podem ou não estarem corretos, haja vista que a premissa principal, a força gravitacional, não explica os gases são impedidos de serem puxados para fora, em razão da força de sucção que o vácuo absoluto do espaço. Neste caso, não se pode aplicar a idéia de velocidade de escape, pois, os gases já estão no limiar do espaço. assim, alguma outra força tem que atuar, de forma a conter essa sucção, caso contrário, todo ar, e não só ele, como também a água seriam sugados para o espaço exterior. Isso pode ser comprovado com uma simples experiência que demonstre que a força de sucção de vácuo é infinitamente maior que a força gravitacional, se não fosse, bombas de vácuo não funcionariam, pois, seriam incapazes de vencer a aceleração da gravidade.

    • Fernando Lang disse:

      As tuas colocações denotam total desconhecimento sobre o assunto como costuma acontecer com quem não estudou e se arvora a dar palpites. Parece que nem consegues perceber que teu argumentos já foram refutados na postagem sobre a qual opinas. Ou tens alguma dificuldade cognitiva, ou …

      “Isso pode ser comprovado com uma simples experiência que demonstre que a força de sucção de vácuo é infinitamente maior que a força gravitacional, se não fosse, bombas de vácuo não funcionariam, pois, seriam incapazes de vencer a aceleração da gravidade.” Esta afirmação foi refutada experimentalmente no século XVII quando Torricelli explicou o conhecido fato de que bombas de sucção são incapazes de elevar a água por mais de 10 m. Mais detalhes em E se o experimento de Torricelli para medir a pressão atmosférica fosse feito com água ao invés de mercúrio?

      Também não entendes e não sabes aplicar o conceito de velocidade de escape. Estudar um pouco antes de opinar poupa passar vergonha publicamente. 😉

  4. Jahan Natanael disse:

    Adorei a explicação! Você fala muito bem. Só fiquei com uma dúvida; não teria uma influência, por conta da rotação e translação da terra, em alguma perda (mesmo não muito considerável) de atmosfera? Ou toda atmosfera se encontra em uma aceleração constante fazendo as velocidades serem totalmente desprezíveis como fator para perda de atmosfera? Desde já, agradeço! 😊

  5. joel disse:

    puts!gravidade?rotação da terra e translação?parei para assistir a novela…a ciencia se perdeu no papel.

    • Fernando Lang disse:

      De fato a resposta não é para um ignorante! Fizeste bem em parar e te instruir assistindo a novela. 😉 Para maior desinformação poderias ter optado também por um canal TP no YT.

      • Ítalo disse:

        kkkkk ótima resposta.
        Não sei como ainda suportas responder a estes terra-planistas.
        Eu dei risada quando vi o argumento do “chinelo”. São muito tontos. kkkk

  6. Robero Silva disse:

    A gravidade do Sol e da Lua que atraem as massas de água formando as marés, tem que efeito na atmosfera? existe atração do ar pela gravidade do Sol e da Lua?

    • Fernando Lang disse:

      Sim, existem efeitos gravitacionais de maré sobre a atmosfera. Entretanto tais efeitos são muito pequenos pois a máxima força de maré solar e lunar na Terra sobre um objeto representa cerca de apenas 2 partes em dez milhões do peso do objeto conforme o artigo disponível no Research Gate.

      Os efeitos de maré sobre os oceanos são muito pequenos quando comparados ao raio da Terra (6400 km) pois produzem deformações na superfície da água de apenas cerca de metros. Idem para a atmosfera.

  7. Moisés Tavares disse:

    Já que tiram tão mirabolantes conclusões com tantas explicações matemáticas que não conheço (nunca as estudei), pergunto: por que não respondem às questões muito mais simples e lógicas que observamos, como: o Cruzeiro do Sul e as Três Marias o ano inteiro no nosso Céu do “hemisfério” Sul, bem como a estrela Polaris no centro do céu do Norte; e a rotação. Nuvens por DETRÁS da Lua e do Sol; distãncias de centenas de quilômetros visíveis sem indício de curvatura, e o próprio vácuo, que os senhores ‘explicam’, ‘explicam’, mas AONDE se provam seus argumentos? Isto e dezenas de coisas mais.

    • Fernando Lang disse:

      Infelizmente não sabes pesquisar pois se soubesses encontrarias respostas a diversos aspectos da MITOLOGIA TP em nosso sítio. Como não tiveste competência para tanto podes começar em MITOLOGIA TP.

      • Sidnei Lima disse:

        Pq não respondeu o rapaz? Já sei, não tem resposta neh!!! Foi refutado!!!
        Eu sou engenheiro, e posso te garantir na área q estudei nunca vi na minha vida agua fazer curva, sempre seguimos níveis em estradas e pontes, etc…. Se um lado do nível der mais baixo q outro dara tudo errado na construções, fora a pesquisa geográfica q fazemos sobre o nivel da cidade em relação ao mar!!!!
        Mas e ai? Estamos aguardando uma resposta conclusiva!!!!

  8. Professor Dr. Bom Dia.
    Gostei muito das explanações feitas por vossa pessoa e inclusive do material disponível complementar que foram disponibilizados pelo Site.
    Parabéns.
    Só me restou uma dúvida, ilustre mestre:
    Por acaso, nas experiencias simulando o vácuo são realmente válidas? Não seria possível que as paredes que sustentam o vácuo nas experiencias fossem responsáveis por criar uma resistência de força contrária, impulsionando assim os objetos ora apresentados?
    Este fator (paredes tão próximas) não iria criar uma espécie de resistência para que o objeto se favorecesse e criasse impulso para se mover?
    No espaço, não havendo nenhuma parede próxima, como seria então a possível reação e ação dos objetos?
    Que os foguetes se locomovem no espaço, isso é inquestionável, só fiquei ainda com dúvidas sobre o processo físico que isso ocorre.
    Acredito que existam ainda forças da física (referentes ao espaço) que estão ocultas do nosso conhecimento científico e que ainda deveremos descobrir.
    Mais uma vez, parabéns!
    É de longe o melhor Site que se propôs a explicar e de fato o fez, de forma Clara, lúcida e exata.

    • Fernando Lang disse:

      A força de propulsão nada tem a ver com resistência externa ao (atmosfera fora do) sistema propulsor. Basta que dentro da câmara de combustão a pressão dos gases seja maior em um lado do que em outro para haver o efeito propulsivo. As setinhas internas na figura (Wikipedia) que segue representam as forças por unidade de área (pressão) exercidas internamente à câmara de combustão de um foguete. Por fora aparecem setinhas menores que representam a pressão externa que pode até ser inexistente no caso do vácuo. No lado esquerdo por onde os gases escapam não existem setinhas pois obviamente não há uma parede. O resultado é um força propulsora para a esquerda enquanto os gases são propelidos para a direita.
      Câmra de propulsão de um foguete

  9. Daniel Peixoto disse:

    Professor, uma dúvida que foge um pouco ao tema. O que acontece quando se explode uma ogiva nuclear no espaço? Obrigado pela atenção e boa noite

  10. Rosevaldo de Oliveira disse:

    Parabéns Lang pelo excelente trabalho e paciência. Sou físico e professor na Ufmt. Seu trabalho me ajudou muito como referência para apresentar uma palestra no Pint of Science 2019 de Rondonópolis sobre a Forma da Terra.
    O pós modernismo com seu relativismo de narrativas equivalentes nos trouxe enormes prejuízos. A ciência está sendo atacada pela esquerda, direita e todos os lados. Mas a verdade é aliada do tempo. Um milhão de pessoas afirmar que 1+1=3 não faz disso uma verdade. Abraço.

Acrescente um Comentário:

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *