בשנות ה-80 התנהל ויכוח סוער על התחממות כדור הארץ ועל אפקט החממה שגורם ה-CO2 באטמוספירה של כדור הארץ. אבל למעשה התנהלו שני ויכוחים. האחד התנהל בכתבי עת מדעיים ובכנסים מקצועיים, ושם נחשפו כל החוזקות והמגבלות של שיטה מדעית. הראיות להתחממות היו מרשימות, אבל לא מכריעות: המדענים לא יכלו להסיק מסקנות נחרצות בגלל נתונים חלקיים ומגבלות של מודלים ממוחשבים של האטמוספירה. הוויכוח השני התנהל בציבור, והיו בו היבטים פוליטיים לצד המדעיים. כמה אידיאולוגים טענו שהאפשרות של התחממות בגלל אפקט החממה היא הונאה, שהמציאו מדענים ואנשי סביבה כדי לגייס עוד כספי מחקר. אבל ההתחממות של נוגה בגלל הצטברות CO2 היא אמיתית, ואפשר לראות אותה ישירות.
באדיבות NASA
בעזרת העקרונות של שיווי משקל תרמי ושימור אנרגיה, אפשר לערוך את הניסוי המחשבתי הבא: איזו טמפרטורה הייתה לנוגה אילו לא היה בה אפקט חממה? ראשית, דמיינו שכדור הארץ פשוט מועבר למקומה של נוגה, במרחק 0.72 יחידות אסטרונומיות מהשמש. כמה יותר אנרגיית קרינה הוא יקבל מהשמש במרחק הזה? חוק הריבוע ההפוך אומר שאם כדור הארץ היה רחוק מהשמש פי 0.72 בלבד, הקרינה הייתה חזקה פי (1/0.72)2, כלומר פי 1.93.
בכמה תעלה הקרינה הזו את הטמפרטורה של הפלנטה? אם נניח שהטמפרטורה בנקודה טיפוסית על כדור הארץ היא 20 מעלות צלזיוס, נוכל לשאול כמה חם יהיה בנוגה אם הקרינה המגיעה תגדל פי 1.93. זה חישוב מעט מסובך, אבל אפשר לגשת אליו בעזרת עקרון שיווי המשקל: הטמפרטורה תעלה עד שהאנרגיה הכוללת שפני השטח מקרינים תשתווה לאנרגיה המגיעה מהשמש. גופים חמים פולטים יותר קרינה ליחידת שטח של פניהם. תכונה זו של הקרינה נקראת חוק סטפן-בולצמן: בגופים הפולטים קרינה תרמית, האנרגיה הכוללת שנפלטת ליחידת שטח נמצאת ביחס ישר ל-T4, כלומר לטמפרטורה של החומר, T, בחזקת ארבע.
לדוגמה, אפשר לומר שהקרינה הנפלטת מסנטימטר רבוע של פני כדור הארץ, שנסמן SEarth, נמצאת ביחס ישר לטמפרטורת פני כדור הארץ, TEarth, בחזקת ארבע:
SEarth ∝ (TEarth)4
באופן דומה, עבור נוגה:
SVenus ∝ (TVenus)4
טריק שימושי בחישוב כזה הוא לחלק את המשוואה השנייה בראשונה. כך נשארים רק היחסים בין הגדלים המשתנים, ומקדמי היחס מתבטלים. נקבל:
SVenus / SEarth = (TVenus / TEarth)4
מהדיון שלמעלה אנו יודעים שהגודל באגף השמאלי, כלומר היחס בין הקרינה שמקבלות (ופולטות) שתי הפלנטות, הוא 1.93. אם נציב 1.93 ונפתור עבור TVenus, נמצא ש-TVenus גבוהה פי (1.93)1/4, כלומר פי 1.18, מ-TEarth. בכל חישוב פיזיקלי שקשור לטמפרטורה, חובה להשתמש בסולם הטמפרטורה המוחלט, הנמדד בקלווין (K). סולם קלווין מוגדר כך שאפס מתאים למצב שאין בו אנרגיה ואין בו קרינה תרמית, וזה לא נכון לגבי סולם צלזיוס או פרנהייט. אם נשתמש ב-20 מעלות צלזיוס כטמפרטורה אופיינית בכדור הארץ, TEarth שווה ל-293 קלווין. אם נכפיל 293 קלווין בגורם 1.18, נקבל שהטמפרטורה בנוגה תהיה 346 קלווין, כלומר כ-73 מעלות צלזיוס. זאת בהנחה שההבדל בטמפרטורה בין שתי הפלנטות נובע רק מהמרחק מהשמש. החישוב הזה אכן מאושש בטמפרטורות של חלליות כשהן טסות לכיוון השמש ומתקרבות לנוגה.
באדיבות NASA
כשחושבים על המצב בזהירות רבה יותר, מבינים שפני השטח של נוגה מוצלים למעשה על ידי עננים לבנים וצפופים, שמחזירים את רוב אור השמש אל החלל. לכן הקרינה שמגיעה אל פני השטח של נוגה קטנה אפילו ממה שחישבנו. מדידת ההחזרה הגבוהה של שכבת העננים של נוגה מראה שנוגה בולעת רק כרבע מאור השמש הפוגע בה, ואילו כדור הארץ בולע כ-70%. מכיוון שנוגה בולעת כל כך מעט אור שמש, בלי אפקט חממה היא הייתה אפילו קרה יותר מכדור הארץ: לפי אותו חישוב, כ-9 מעלות מתחת לאפס.
אבל הטמפרטורה הנמדדת של נוגה היא כ-480 מעלות צלזיוס! מדוע היא חמה כל כך מהצפוי? אולי יש לנוגה יותר חום פנימי מלכדור הארץ, וזה מחמם את פני השטח שלה. אבל ההסבר הזה נכשל, כי בנוגה אין יותר פעילות גיאולוגית מאשר בכדור הארץ. ההבדל יכול לנבוע רק מאפקט החממה של הכמות העצומה של CO2 באטמוספירה של נוגה. כשמכניסים את ה-CO2 לחישוב (מערכת משוואות קשה בהרבה), החישוב התיאורטי נותן סוף סוף את הטמפרטורה הנצפית.
לכן אפשר להסיק שאפקט החממה הוא ששומר על נוגה חמה. בלי אפקט חממה, ההבדל העיקרי היחיד בחימום בין כדור הארץ לנוגה היה נובע מכך שנוגה קרובה יותר לשמש. פלנטה במקומה של נוגה, בלי אפקט חממה, הייתה בטמפרטורה של בין כ-9 מעלות מתחת לאפס לכ-73 מעלות צלזיוס, תלוי בכיסוי העננים – אבל בוודאי לא כ-480 מעלות. כך נוגה נותנת לנו הזדמנות לחקור שינוי אקלים בגלל פחמן דו-חמצני. כמובן, כל התחממות צפויה בכדור הארץ תהיה של מעלות ספורות בלבד, משום שהכמות הכוללת של CO2 באטמוספירה של כדור הארץ קטנה בהרבה מזו שבנוגה. אבל העקרונות הפיזיקליים מובנים היטב, ונוגה מוכיחה שהם עובדים. בפעם הבאה שמישהו ינסה לומר לכם שאין דבר כזה שינוי אקלים בגלל גזי חממה, שאלו אותו מדוע הטמפרטורה בנוגה היא כ-480 מעלות צלזיוס.
אפקט החממה הוא דוגמה טובה לאופן שבו חקר פלנטות אחרות מבהיר את הבנתנו את הפלנטה שלנו. נוגה היא מעין "ניסוי מעבדה טבעי", שמראה מה קורה לפלנטה בגודל כדור הארץ כשהאטמוספירה שלה משתנה. נוגה מאפשרת לנו לבדוק את התיאוריות שלנו. אילולא חקרנו את היקום שסביבנו, לא היינו מקבלים תמונה ברורה כל כך של האופן שבו האקלים של פלנטות, בתנאים שונים רק במעט, יכול להתפתח לתוצאות שונות לחלוטין.
→ הסעיף הקודם: 6.8 תופעות געשיות בנוגה | הסעיף הבא: 6.10 פעילות טקטונית בנוגה ←