Il termine atmosfera (dal greco ἄθμος – àthmos – “vapore” e σφαίρα – sphàira – “sfera”) rappresenta l’insieme dei gas che circondano un corpo celeste, le cui molecole sono trattenute dalla forza di gravità del corpo stesso.

L’atmosfera terrestre non è un “involucro” omogeneo e per questo viene suddivisa in vari strati che presentano caratteristiche diverse. Gli strati dell’atmosfera terrestre, partendo dal suolo, sono cinque: Troposfera; Stratosfera (contenente l’ozonosfera); Mesosfera; Termosfera; Esosfera.

Atmosfere planetarie

I gas costituenti un’atmosfera planetaria subiscono una costante dispersione verso lo spazio cosmico, favorita dall’irraggiamento solare e ostacolata dalla forza di gravità esercitata dalla massa del pianeta; l’atmosfera viene inoltre rifornita di nuovi gas dalle eventuali eruzioni vulcaniche che possono aver luogo sulla superficie del pianeta. Dunque i pianeti più grandi e/o geologicamente attivi e/o più distanti dal Sole tendono a mantenere più facilmente una atmosfera. Il pianeta Mercurio, essendo di dimensioni ridotte (quindi con attrazione gravitazionale debole) e trovandosi a ridotta distanza dal Sole (quindi esposto a un irraggiamento più intenso) attualmente presenta solo delle tracce di atmosfera; esso è l’unico pianeta del sistema solare che presenta questa caratteristica.

La presenza di ossigeno libero è prerogativa unica dell’atmosfera della Terra, mentre in tutte le altre atmosfere di pianeti del sistema solare studiate finora non se ne è trovata traccia. Un’atmosfera planetaria che contenga ossigeno gassoso in grosse quantità non è chimicamente in equilibrio: infatti l’ossigeno è un gas estremamente reattivo, che nel tempo si combina completamente con le rocce e gli altri composti della superficie, ossidandoli e sparendo dall’atmosfera. La sua presenza (e persistenza) sulla Terra è conseguenza della attività biologica di piante, che lo producono in grandi quantità come sottoprodotto della fotosintesi: per questo motivo si considera la presenza di ossigeno gassoso in quantità apprezzabili nell’atmosfera di un dato pianeta come indicatore della presenza di vita su di esso. Inoltre l’atmosfera ha una funzione di “filtro” perché permette alla luce e al calore del Sole di raggiungere il pianeta, ma impedisce che le radiazioni solari nocive alla vita arrivino in grandi quantità (raggi X o UV).

La Terra possiede un’atmosfera caratterizzata da una struttura piuttosto complessa e suddivisa in più strati, che in ordine di altezza sono: troposfera, stratosfera, mesosfera, ionosfera (o termosfera), esosfera; nella troposfera avviene la maggior parte dei fenomeni meteorologici, mentre nella stratosfera l’ozono assorbe in parte i raggi ultravioletti del Sole, estremamente dannosi per la vita. La composizione chimica media al suolo dell’atmosfera è la seguente:

I diversi colori del cielo sono dovuti alla dispersione di luce prodotta dall’atmosfera.

Composizione dell’atmosfera terrestre

Sono anche presenti, in tracce, Ossidi di azoto (NO, NO2; N2O), Monossido di carbonio (CO), Ammoniaca (NH3), Biossido di zolfo (SO2), Solfuro di idrogeno (H2S).

Non tutti gli strati hanno le stesse concentrazioni di gas: ad esempio il vapore acqueo è presente quasi soltanto nella troposfera, lo strato più basso, ed è praticamente assente nella termosfera e nell’esosfera, che viceversa contengono quasi tutto l’elio e l’idrogeno. L’ozono è contenuto in massima parte nella stratosfera, in cui costituisce un importante strato.

Atmosfere stellari

Anche gli strati esterni di una stella sono formati di gas, per quanto estremamente caldo e per lo più sotto forma di plasma. La composizione di questi strati gassosi varia con il tipo e l’età della stella, ma si tratta in massima parte di idrogeno, con una percentuale minoritaria di elio. Gli eventuali elementi più pesanti, come l’ossigeno, il boro, il carbonio ecc. sono presenti in piccole percentuali o in tracce, e restano in massima parte sepolti negli strati interni della stella stessa. L’atmosfera stellare si divide in due parti: la cromosfera e la corona.

Cromosfera

La cromosfera, lo strato più basso e più freddo, non è visibile direttamente, a causa dell’estrema luminosità della fotosfera sottostante, ma si può vedere durante le eclissi o con speciali strumenti, i coronografi, che filtrano la luce solare lasciando passare solo la lunghezza d’onda alfa dell’idrogeno. La cromosfera è anche sede di intense eruzioni che liberano una grande quantità di energia.

Corona

La corona, lo strato più esteso, si estende oltre la cromosfera ed è composta di gas estremamente rarefatto e caldissimo: la temperatura dei gas coronali può andare da uno a ad alcuni milioni di gradi. Il motivo di una temperatura tanto alta è tuttora sconosciuto, anche se probabilmente è celato nell’interazione dei campi magnetici stellari con il gas.