從有無大氣層的角度來看,太陽系內(nèi)的天體除了地球以外還有金星與火星,以及土衛(wèi)六等都有自己的大氣層,木衛(wèi)二還有個(gè)極其稀薄的含氧大氣層,當(dāng)然我們不論它們的大氣層成分如何,至少是解決了有無的問題!
但水星和冥王星以及地球的衛(wèi)星和矮行星卻光禿禿的,除了巖石就是冰,而木星、土星、天王星和海王星卻是個(gè)超級(jí)氣態(tài)巨無霸,小小一個(gè)太陽系就會(huì)有如此多的差異,為什么會(huì)形成這樣的太陽系“生態(tài)”。也許我們得從分子的運(yùn)動(dòng)開始說起。
這行星的大氣還跟溫度扯上關(guān)系了嗎,你沒有看錯(cuò),這溫度還是其中一個(gè)重要的決定因素!在日常中溫度就是物體冷熱的表現(xiàn),但這這只是表觀而非本質(zhì),熱力學(xué)認(rèn)為溫度是物體內(nèi)部微觀粒子運(yùn)動(dòng)程度的宏觀反應(yīng),簡(jiǎn)單的說就是分子平均動(dòng)能,它與溫度是等價(jià)的。
1、微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度
從上圖我們知道氫分子在27℃時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)速率是1900米/秒
氧分子的平均運(yùn)動(dòng)速率是480米/秒
而氧分子在127℃時(shí)的速率增加為560米/秒
這表示溫度在這個(gè)運(yùn)動(dòng)中非常關(guān)鍵,當(dāng)然元素的屬性也很關(guān)鍵,比如氫氧這兩種分子運(yùn)動(dòng)速度就差了數(shù)倍之多!
2、天體的逃逸速度
我們知道發(fā)射宇宙飛船到近地軌道至少要有第一宇宙速度,其實(shí)道理很簡(jiǎn)單,上太空有兩條路,一步一步爬梯子上去,另一種就是運(yùn)動(dòng)速度速度足夠高,產(chǎn)生的“離心力”超過引力,前者沒有速度要求,而后者有一個(gè)環(huán)繞地球的圓周速度要求。
根據(jù)計(jì)算,在地球表面達(dá)到“離心力”與引力平衡的第一宇宙速度為7.9千米/秒!
3、天體留住大氣的秘密
看地球的環(huán)繞速度與逃逸速度那么高,是不是有種什么大氣都能留住的感覺,比如氫分子的運(yùn)動(dòng)速度就遠(yuǎn)低于地球的環(huán)繞速度,但這完全是誤解,因?yàn)楣怨源粼诘厍虼髿鈱又械难鯕庖约暗确肿佣寄茉谔栵L(fēng)中的高能粒子轟擊下,達(dá)到逃逸速度!
而這些大氣逃逸的故事每天都在地球大氣層的散逸層發(fā)生,據(jù)統(tǒng)計(jì),每年從大氣層中逃逸的空氣超過十萬噸。是不是有種再過幾年都跑完了的感覺?其實(shí)不會(huì),我們先不說地球大氣的補(bǔ)充機(jī)制,即使不再補(bǔ)充,地球高達(dá)6000萬億噸的大氣也跑不完是不!
因此像地球這樣的天體是無法留住氫元素的,只有不斷增加的質(zhì)量才可以讓氫元素呆在天體表面,而木星與其他幾顆高富帥行星就是在發(fā)展之初的原始積累中挖到了質(zhì)量增加的第一桶金,因?yàn)樘栐诳邕^了原恒星階段后的第一步,就是將其周圍的塵埃帶驅(qū)離,據(jù)天文學(xué)家估算,太陽風(fēng)和光輻射效應(yīng)會(huì)將塵埃帶驅(qū)離到小行星帶以外,這是太陽誕生的紅利,而木星剛好在那里!所以人生不光要有努力,也需要有一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)氣哦,但如果你不努力的話,也許連運(yùn)氣都抓不住哈!
那么是不是所有的大質(zhì)量天體就有大氣層了呢?其實(shí)并不然,因?yàn)橐活w天體擁有大氣層還有其他多項(xiàng)要求,我們可以從如下角度來考慮:
1、是否擁有自身的磁場(chǎng)
2、與恒星的距離是否過近
擁有磁場(chǎng)很關(guān)鍵,因?yàn)樽矒舸髿夥肿訋椭髿狻霸姜z”的就是太陽風(fēng)中的高能帶電粒子,而這種帶電粒子可以被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)!避免它們跨國“警戒線”!
上圖是在地球磁場(chǎng)保護(hù)下,太陽風(fēng)中的高能粒子被驅(qū)離的過程,當(dāng)然對(duì)于X級(jí)別的耀斑爆發(fā),不僅空間通訊會(huì)受到嚴(yán)重影響,磁場(chǎng)甚至都有可能沖擊到大幅振蕩,進(jìn)而磁場(chǎng)變動(dòng)影響地面輸電線線路的正常運(yùn)行。
假如沒有磁場(chǎng)保護(hù),那么地球的大氣層在高能粒子的沖擊下根本沒有還手之力,年長(zhǎng)日久之后就剩下一個(gè)和火星一樣的稀薄大氣層,地表也變得像火星一樣荒涼,這絕對(duì)不是什么好事!
后者距離恒星過近時(shí) 那么即使有磁場(chǎng)保護(hù)也是然并卵,因?yàn)閺?qiáng)大的太陽風(fēng)根本無視行星磁場(chǎng),甚至連行星表面都可能受到?jīng)_擊,而這在觀測(cè)中是有案例的。
歐空局的COROT軌道探測(cè)器發(fā)現(xiàn)一顆距離母星只有400多萬千米的行星,由于距離太近,這可行星每秒失去500萬噸物質(zhì)!比地球大氣損失率高大約432萬倍!這樣的行星(氣態(tài))最后只會(huì)剩下一個(gè)星核,當(dāng)然它也足夠大,可以被它的母星剝離很久!
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