木星の水素とヘリウムの大気中に雲はどのように形成されますか？

以下は、木星の雲の層のグラフィックです（ソース：ウィキペディア）：

アンモニア、水硫化アンモニウム、および水の3つの異なる雲層があります。温度と圧力の状態は驚くほど地球のようです。200〜300 Kの温度、約1〜10気圧の圧力、約1.3 gの重力。

太陽エネルギーにより固体表面から蒸発し、数km上昇し、凝縮して水滴（または固体結晶雪）を形成するため、地球上に（水の）雲が形成されます。しかし、木星の表面は固体ではなく、地球と同じくらいの太陽エネルギーを持っています。

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まず、それは素晴らしい質問です。ほとんどの答えは単純明快なので、答えることはできますが、それでもすばらしい質問です。

そして、あなたが投稿したものに似た、しかしもう少し詳細な画像を追加します。

ソース

あなたは、液体の水が存在し、蒸発し、雲を作り、雨を降らせ、繰り返すことができる地球の表面の間に明確な違いがあることは正しいです。理論的には、地球の水循環は、地球の大気と太陽の入力が維持される限り（そして失われた水素が置き換えられる限り）無期限に続くことができますが、太陽の入力のみを必要とする円形システムです。

木星が異なるのは、時間が経つにつれて木星の重いガスがおそらく中心に向かってより深く沈み、十分な時間を与えられると木星の雲形成ガスが減少するためです。木星の「雨」の一部は、おそらく渦巻くガスの混合物の深すぎて、木星のクラウドサイクルを永続的に残します。これは、地下に浸透し、地球の水雲サイクルを離れるのと同じです。ですから、1000億年か1兆年かそこらで、木星はあなたが疑う理由でその上層大気の雲と雲形成ガスを失う可能性があります。

これがまだ起こっていない理由は、単純にミキシングです。ガスの密度は密度の増加する層に向かう傾向がありますが、木星の内部の熱も均一にしたいので、惑星全体で非常に大きな対流が進行しています。これにより、いくつかの重いガスが木星の上層大気に保持されます。木星は非常に乱流なので、上層大気に水素とヘリウムだけを入れることはできません。

したがって、木星の上層大気が（約）90％の水素、9％のヘリウム、1％のその他のガスであり、混合が他の1％を維持するという観測から始めると、その後は単なる雲物理学になります。

雲は、ふわふわの水蒸気の集まりのように見えます（水蒸気は実際には透明なので、氷または水の小さな液滴）。形状のあるオブジェクトのように見えますが、完全に正確ではありません。雲の近くにいる場合（たとえば、飛行機で飛んでいる場合）、明確なエッジが消えます。クラウドはオブジェクトではなく、目に見える相変化です。

地球上の大気は、約78％窒素、21％酸素、0.9％アルゴン、および（通常、変動が大きいため記載されていません）、平均で約0.4％の水蒸気、高温および高湿度で最高1％、0に近い低温または乾燥砂漠での％。0.6〜0.8％の水蒸気である暖かい表面の空気を取り、その空気が（高温の空気のように）上昇すると、雲が作成されるのは相変化です。雲は、冷えるにつれて上昇する熱い空気の中で形成されます。いくつかの静電引力がありますが、ほとんどの場合、冷却されている同様の空気のブロックであり、雲はエッジがしっかりしているように見えますが、そうではありません。

同じ正確なことが木星でも起こり、異なる温度/圧力で異なるガス相変化が起こりますが、プロセスは同じです。そして、地球上と同じように、ひとたび液滴または「アイスレット」が形成されると、それらはより密になり、落下し始めますが、落下する液滴は非常に小さいため、非常にゆっくり落下し、大部分は上昇する大気を通って落下します。また、それらは相変化であるため、新しい雲が形成されており、古い雲は、海氷のようなものであり、常にガスに分配または戻されています。雲は半永久的に見えますが、雲は動的です。

私の説明がうまくいかない場合は、クラウドの説明と、クラウドがそのように見えても実際には結合されていない方法について説明します。

しかし、それが要点です。混合することで、木星の高層大気が純粋な水素とヘリウム（または純粋な水素）にならないようにします。その後、雲の形成は地球上とほぼ同じで、表面はありません。重いガスのいくつかはおそらくサイクルから失われますが、その損失は十分に遅いため、木星にはまだ上層大気に重い雲があり、数十億年後になるでしょう。

H / Heと他のガスとの間の密度の変動が大きいほど、密度の変動が大きいため、雲の振る舞いに役割を果たす可能性がありますが、木星では風速も高くなります。本当に必要なのはミキシングです。その後、温度/圧力の変動下で液体または氷になる可能性のあるガスで、相変化が雲を作成します。

木星の雲形成ガスは、小惑星や彗星の衝突によって時々補充される可能性もあります。Shoemaker-Levy 9は直径約5 kmで、そのかなりの割合はおそらくアンモニアと水氷でした。それは木星の上層大気に追加された大量の雲形成ガスです。木星のかすかな環系は、数百万年前よりはるかに大きかったかもしれませんが、木星に雨が降り、イオからの噴火が木星の上層大気を十分に豊かに保ち、水やアンモニアなどの要素を作り出している可能性があります。

雲が木星の内部に降雨として落ちず、再出現しないのはどうしてですか？

惑星の対流圏のガスは化学的に区別されません。加熱と惑星の回転によって引き起こされる乱流により、大気が十分に混合されます。これは私たち自身の雰囲気の中で見ることができます。二酸化炭素とアルゴンは、大気の大部分を形成する窒素と酸素よりもかなり高密度です。しかし、大気の底に二酸化炭素の層はありません。ターボポーズは、大気が乱流混合による支配から拡散による支配へと移行する場所を示します。原子質量による化学的分化は、ターボポーズより上で発生しますが、そこでも徐々にです。

しかし、雨はどうですか？答えは簡単です。蒸発します。それは地球上、特に乾燥した地域で起こります。雲が形成され、それらの雲から雨が降りますが、雨は地面に達する前に蒸発することがあります。これはvirgaと呼ばれます。

圧縮加熱により木星内部の温度が上昇し、深さ1キロメートルあたり約1.85 Kの割合で上昇します。これは、温度が1 barの圧力レベルの約240キロメートル下で水の臨界温度（647 K）に達することを意味します。そのため、雨が蒸発する前に雨と同じくらい落ちたとしても（疑わしい）、それは液体ではなくなります。