大氣組成與結構

金星與土衛泰坦的大氣
國立臺灣大學大氣科學系陳穎霖

地球大氣充滿許多有趣的天氣現象，皆肇因自水的相態變化。不禁讓人想問，在我們的太陽系中，是否也有其他的星體擁有類似的特性（能夠成雲降水，或是有其他物質相態的變化）？

一、金星──硫酸雨

金星(Venus)這個以美神維納斯命名的行星，是太陽系所有類地行星中質量大小最接近地球的，可以說和地球是孿生關係，同時也是所有行星中最亮的，肉眼亮度可至負四等。由於金星相當鄰近地球，所以科學家對其大氣瞭解較多，金星擁有比地球大氣更濃密、厚重的大氣，主要的氣體組成為二氧化碳、氮氣及二氧化硫，其表面大氣壓更高達92大氣壓，相當於地球海面下910公尺處的壓力；由於她濃密的二氧化碳大氣，導致失控（逃逸）的溫室效應，表面溫度可以高達攝氏470度。

目前認為金星的大氣有風、有雲也有降「水」，甚至觀測到劇烈的閃電現象。金星表面極高的溫度及壓力，使得表面的二氧化碳不再以二氧化碳氣體形式出現，而是超臨界流體，密度極高的流體，也讓極小的風速(通常0.3~1.0m/s)擁有能夠搬動表面沙塵、岩石碎屑的「風力」。金星高層大氣的成雲現象主要是由二氧化碳、二氧化硫、水蒸氣因光化學反應而形成大量的硫酸。

這濃密的「硫酸」雲層，甚至還會產生毛毛雨呢！不過從其大氣垂直溫度分布可推測(如圖一)，這些降水並不會真的落到表面，而是從高層大氣落下後在距地表25公里處便再蒸發了，所以金星上的雲比較接近地球上所觀測到的幡狀雲，而表面是相當乾燥。

圖一Wikipedia金星大氣圖

二、土衛泰坦──甲烷

泰坦一直是科學家抱持濃烈興趣的研究對象，因為他具有濃密的大氣，大氣成分主要是氮氣以及可能孕育生命的甲烷。泰坦是太陽系第五顆行星─土星的衛星，更是僅次於木衛三太陽系第二大的衛星。泰坦因為被土星潮汐鎖定，公轉和自轉期相同，接近十六天，表面溫度僅有攝氏-178度，表面底下有冰層，冰層下約有直徑3400公里的固體核心，由於壓力效應，內部仍保持炙熱狀態。

泰坦是太陽系除了地球以外唯一擁有濃厚氮氣大氣層的星球，其大氣層的自轉速度和金星一樣遠大於自轉速度。他的大氣層比地球更濃厚，表面氣壓約地球的1.45倍，在2、300公里高的地方，由光化學反應造成不透明的霾層阻擋了陽光的入射，使得泰坦大氣在大部分的波段下是不透明的，直到2004年卡西尼任務才首度獲得其表面直接的影像。

「浮」爾摩「沙」-臺灣空氣中的沙塵
國立臺灣大學大氣科學系傅譯鋒

新聞報導中漫天飛舞的黃沙，鋪天蓋地席捲而來的沙塵暴畫面，令人感受到大自然的力量。這樣的場景通常出現在富有沙漠或是廣大旱地的國家，在臺灣要出現那樣戲劇性的畫面是微乎其微，但這就代表臺灣不受沙塵暴的影響嗎？

圖一 99/12/3及102/9/12從臺灣大學往101方向拍攝，兩圖皆攝於下午1點20分左右，可發現 兩者能見度差異甚大。

圖一是在不同日子，從臺灣大學拍臺北101的照片，兩張照片拍攝時間都在下午1:20左右，但可發現兩者能見度差異甚大，左圖中大臺北地區正受到東亞沙塵的影響，(粒徑的粒子)濃度超過200 ，北海岸迎風面的萬里測站，甚至高達252 ，約平常的10倍左右。

沙塵事件發生有幾項條件。氣象條件方面，需要高風速以及不穩定的大氣邊界層，以利沙塵由地面揚起。而沙源條件方面，主要是植被稀疏或乾燥的地表，因為植被除了可固定土壤，也是粗糙度的主要因子；植被覆蓋密度大可更有效吸收風的動量，不易造成揚沙。由於沙塵粒子有大小之分，大粒子被風揚起後一下子就沉降了，而小粒子可被風帶離地表較高處，並隨著中高層盛行風場擴散到遠方。

改變大氣成分，是否可讓地球冷卻下來？–地球工程 (Geo-engineering)面面觀
國立臺灣師範大學附屬高級中學地球科學科洪逸文老師/國立台灣師範大學地球科學系陳正達教授責任編輯

「全球暖化」已經是一個超越科學的議題，不僅一般社會大眾與政治人物紛紛提出各式因應之道，就連科學家也構想出許多大膽解決暖化的方法。這些藉由人為手段，有目的、大規模地改造地球環境的方法，就稱為「地球工程」(geo-engineering) 方案。這些方案都是為了讓地球冷卻下來，其中包括：在太空放置大量的反光裝置，以降低地球接受到的太陽輻射；將海水噴注到低層大氣，形成水霧甚至進而蒸發氣化，以求在海洋上空的對流層形成大量的雲層來反射太陽輻射；將鐵化合物倒入海中幫助浮游生物成長，以求透過浮游植物的生物泵(biological pump)，吸收並減少大氣中的二氧化碳；直接將要排放到大氣中的二氧化碳捕獲，並封存在不同的儲存庫，如礦場、地殼與海洋等，這種技術簡稱為碳捕捉與封存（Carbon Capture and Sequestration，CCS）。