Atmosfera extraterrestre
O estudo de atmosferas extraterrestres é um separado e ativo campo de estudo de atmosferas que também é abordado pela astronomia para obter uma visão das características da atmosfera da Terra. Além da Terra, muitos dos outros objetos astronômicos do Sistema Solar têm atmosferas. Estes incluem todos os gigantes gasosos, assim como Marte, Vênus e Plutão. Várias luas e outros corpos também têm atmosferas, como os cometas e o Sol. Há evidências de que os planetas extra-solares podem ter uma atmosfera. As comparações dessas atmosferas entre si e com a atmosfera da Terra ampliam nossa compreensão básica dos processos atmosféricos, como o efeito estufa, a física dos aerossóis e das nuvens, a química e a dinâmica da atmosfera.
Planetas telúricos
Devido ao seu pequeno tamanho (e sua pequena gravidade), Mercúrio não tem atmosfera substancial. Sua atmosfera extremamente fina consiste principalmente de uma pequena quantidade de hélio e vestígios de sódio, potássio e oxigênio. Esses gases derivam do vento solar, decaimento radioativo, impactos de meteoros e quebra da crosta de Mercúrio. A atmosfera de Mercúrio não é estável e está em constante mudança por causa de seus átomos que escapam para o espaço como resultado do calor do planeta. A atmosfera de Vênus é composta majoritariamente de dióxido de carbono. Esta contém quantidades menores de nitrogênio e traços de outros elementos, incluindo compostos baseados em hidrogênio, nitrogênio, enxofre, carbono e oxigênio. A atmosfera de Vênus é muito quente e é mais densa do que a da Terra, embora seja mais baixa. Como os gases de efeito estufa aquecem a atmosfera mais baixa, eles esfriam na atmosfera superior, levando a compactar-se na termosfera.
Gigantes gasosos
Os quatro planetas exteriores do Sistema Solar são gigantes gasosos. Eles compartilham algumas semelhanças atmosféricas entre si. Todos têm atmosferas que são principalmente hidrogênio e hélio e que se misturam no interior líquido a pressões maiores que a pressão crítica, de modo que não há limites claros entre a atmosfera e o corpo "massivo". A atmosfera superior de Júpiter é composta por cerca de 75% hidrogênio e 24% hélio, com os restantes 1% constituídos por outros elementos. O interior contém materiais mais densos, de modo que a distribuição é de aproximadamente 71% hidrogênio, 24% hélio e 5% de outros elementos. A atmosfera contém vestígios de metano, vapor de água, amônia e compostos à base de silício. Há também vestígios de carbono, etano, sulfeto de hidrogênio, néon, oxigênio, fosfina e enxofre. A camada mais externa da atmosfera contém cristais de amônia congelada, possivelmente revestidos por uma fina camada de água.
Satélites naturais
Dez dos muitos satélites naturais do Sistema Solar são conhecidos por terem atmosferas: Europa, Io, Calisto, Encelado, Ganimedes, Titã, Rhea, Dione, Tritão e a Lua da Terra . Ganimedes e Europa têm atmosferas de oxigênio muito tênues, que se acredita serem produzidas pela radiação que atinge o gelo de água presente na superfície dessas luas dividindo o hidrogênio e oxigênio da molécula de água. Io tem uma atmosfera extremamente fina consistindo principalmente de dióxido de enxofre ( SO2), decorrente do vulcanismo e da sublimação da superfície dos depósitos de dióxido de enxofre superficiais. A atmosfera de Encélado também é extremamente fina e variável, consistindo principalmente de vapor de água, nitrogênio, metano e dióxido de carbono expelidos do interior da lua através do criovulcanismo. Acredita-se que a atmosfera extremamente fina de dióxido de carbono de Calisto seja reabastecida por sublimação dos depósitos superficiais.
Plutão
Plutão tem uma atmosfera extremamente fina que consiste em nitrogênio, metano e monóxido de carbono, derivados dos gelos em sua superfície. Dois modelos mostram que a atmosfera não se congela e colapsa completamente quando Plutão se afasta do Sol em sua órbita extremamente elíptica . Alguns outros modelos mostram que isso plausível. Plutão precisa de 248 anos para uma órbita completa e o planeta anão foi observado por menos de um terço desse tempo e está a uma distância média de 39 UA do Sol, portanto, dados aprofundados de Plutão são escassos e difíceis de coletar. A temperatura é medida quando um aparelho observa a passagem do objeto na frente do Sol, notam quão rápido a luz perde a velocidade para, a partir disso, deduzir a densidade da atmosfera e descobrir a temperatura atmosférica.
Vários exoplanetas possuem atmosfera. Atualmente, a maioria das detecções de atmosfera são de júpiteres quentes ou netunos quentes que orbitam muito perto de sua estrela e, portanto, têm atmosferas aquecidas e estendidas. Observações de atmosferas de exoplanetas são de duas maneiras: a primeira é pela fotometria de transmissão ou de espectros detectam a luz que passa pela atmosfera de um planeta enquanto transita em frente à sua estrela e o segundo é quando há uma emissão direta de uma atmosfera planetária que pode ser detectada pela diferenciação da estrela somada à luz do planeta, sendo obtida durante a maior parte da órbita do planeta com a luz da estrela ou durante um eclipse secundário (quando o exoplaneta está por trás de sua estrela). A primeira atmosfera planetária extra-solar observada foi feita em 2001. O sódio na atmosfera do planeta HD 209458 b foi detectado durante um conjunto de quatro trânsitos do planeta. Observações posteriores com o Telescópio Espacial Hubble mostraram um enorme envelope elipsoidal de hidrogênio, carbono e oxigênio ao redor do planeta. Este envelope atinge temperaturas de 10.000 K. Estima-se que o planeta esteja perdendo (1 a 5)×108 kg de hidrogênio por segundo. Este tipo de perda de atmosfera pode ser comum a todos os planetas que orbitam estrelas parecidas com o Sol mais perto do que cerca de 0,1 UA. Além de hidrogênio, carbono e oxigênio, acredita-se que o HD 209458 b tenha vapor de água em sua atmosfera. O vapor de sódio e água também foi observado na atmosfera do HD 189733 b, outro planeta gigante de gás quente.
Composição atmosférica
Em 2001, sódio foi detectado na atmosfera de HD 209458 b. Em 2008, água, monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano foram detectados na atmosfera de HD 189733 b. Em 2013, água foi detectada nas atmosferas de HD 209458 b, XO-1b, WASP-12b, WASP-17b e WASP-19b. Em julho de 2014, a NASA anunciou a descoberta de atmosferas muito secas em três exoplanetas (HD 189733b, HD 209458b e WASP-12b) orbitando estrelas semelhantes ao Sol. Em setembro de 2014, a NASA informou que o HAT-P-11b é o primeiro exoplaneta do tamanho de Netuno conhecido por ter uma atmosfera relativamente livre de nuvens e, também, a primeira vez que moléculas de outro tipo foram encontradas, especificamente vapor de água em um exoplaneta relativamente pequeno.
Circulação atmosférica
A circulação atmosférica de planetas que giram mais lentamente ou possuem uma atmosfera mais espessa permite que mais calor flua para os pólos, o que reduz as diferenças de temperatura entre os pólos e o equador.
Nuvens
Em outubro de 2013, foi anunciada a detecção de nuvens na atmosfera de Kepler-7b, e, em dezembro de 2013, também nas atmosferas de GJ 436 b e GJ 1214 b.
Precipitação
A precipitação sob a forma de líquido (chuva) ou sólido (neve) varia em composição dependendo da temperatura atmosférica, pressão, composição e altitude. Atmosferas quentes poderiam ter chuva de ferro, chuva de vidro fundido, e chuva feita de minerais rochosos como enstatita, coríndon, espinélio e wollastonita. Nas profundezas das atmosferas dos gigantes gasosos, poderia chover diamantes e hélio contendo néon dissolvido.
Oxigênio abiótico
Existem processos geológicos e atmosféricos que produzem oxigênio livre, então a detecção de oxigênio não é necessariamente uma indicação de vida. Os processos da vida resultam em uma mistura de produtos químicos que não estão em equilíbrio químico, mas também há processos de desequilíbrio abiótico que precisam ser considerados. A bioassinatura atmosférica mais robusta é muitas vezes considerada como oxigénio molecular ( O2) e, seu subproduto fotoquímico, ozônio ( O3). A fotólise da água ( H2O) por raios UV, seguido do escape hidrodinâmico de hidrogênio pode levar a um acúmulo de oxigênio em planetas perto de sua estrela passando por um efeito estufa descontrolado. Para os planetas na zona habitável, pensava-se que a fotólise da água seria fortemente limitada pelo aprisionamento frio (cold trap) do vapor de água na baixa atmosfera. No entanto, a medida de H2O aprisionada pelo processo depende fortemente da quantidade de gases não-condensáveis na atmosfera, tais como azoto (N2) e argônio. Na ausência de tais gases, a probabilidade de acúmulo de oxigênio também depende de formas complexas na histórico de acreção do planeta, na química interna, na dinâmica atmosférica e no estado orbital. Portanto, o oxigênio, por si só, não pode ser considerado uma bioassinatura robusta. A proporção de nitrogênio e argônio em relação ao oxigênio pode ser detectada pelo estudo das curvas de fase térmica ou pela medição da espectroscopia de transmissão do declive espectral de Dispersão de Rayleigh durante um trânsito em uma atmosfera sem interferências (ou seja, livre de aerossol).
A detecção de metano em corpos astronômicos é de interesse para a ciência e tecnologia, pois pode ser evidência de vida extraterrestre (bioassinatura), por ajudar a fornecer ingredientes orgânicos para a vida se formar, e, também, o metano poderia ser usado como combustível ou propulsor de foguete para futuras missões robóticas e tripuladas no Sistema Solar.
