Temperatura atmosférica

A uno se le enseña que el aire caliente tiende a ascender, por ser más ligero, si esto es así, por qué la temperatura es inversamente proporcional a la altitud. Entiendo que en la alta atmósfera el aire es realmente frío, ¿por qué, si la radiación solar inceide directamente aquí sin nubes que la obstaculicen?. Si la Luna es tan fría, se supone que es por que no tiene atmósfera, ¿o sea que el calor lo produce la atmósfera y no los rayos solares?
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Preguntas varias cosas relacionadas pero no iguales así es que intentaré responderte por orden.
1) Si el aire caliente pesa menos ¿por qué la temperatura disminuye con la altura? Bueno realmente el aire que pesa menos es el menos denso no el más caliente, de manera que lo que importa es la densidad. Según la ley de los gases perectos (que el aire cumple aproximadamente) la densidad es igual a la presión partido por el producto de una constante y la temperatura. O sea, que el aire caliente pesa menos a igualdad de presión. Pero la presión disminuye mucho con la altura de manera que esta disminución compensa la disminución de la temperatura y el resultado es que la densidad del aire disminuye con la altura.
2) El aire atmosférico es prácticamente transparente a la radiación solar de manera que ésta llega toda al suelo. O sea, que el Sol calienta el suelo y la radiación emitida por el suelo es la que se absorbe en la atmósfera (por el CO2, el vapor de agua y las nubes) y la que calienta ésta. Por tanto se absorbe más junto al suelo que en al alta atmósfera y por eso la temperatura disminuye con la altura en la Troposfera (por encima pasan otras cosas).
3) Efectivamente la Luna es tan fría por no tener atmósfera que retenga la radiación emitida por el suelo de la Luna.
4) El calor no lo produce la atmósfera sino que lo almacena y lo reemite, parte al suelo otra vez y parte al espacio exterior, igual que ocurre con un invernadero.

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