太空和大氣層內兩者之間有氣壓差，空氣為什麼不向太空擴散？

地球有一個厚厚的大氣層，地表的大氣壓相當於每平方釐米一千克力，當然在八大行星中大氣層並非地球獨有，比如金星就有一個氣壓超過地球將近90倍的大氣層，從地球的一個大氣壓到金星的90個大氣壓，再到“木星”們的數千個甚至更高的大氣壓，但真空大氣壓幾乎就是零，這麼高壓力的大氣為什麼沒有被真空吸走？

古希臘人認為，世界由土、水、氣和火四種元素所組成，四種元素中，土和水比較重，其天然處所在下因而它們有向下的天然運動；氣和火比較輕，其天然處所在上，因而它們有向上的天然運動！

這是古希臘人早期對於物質的理解，其實這也將引力也混淆在內了，但對於引力的概念，一直到1500多年以後的開普勒發現行星三大運動定律，都還沒有搞清楚天體為什麼是這樣執行！在牛頓搞清楚了萬有引力後，所有的天體運動才變得明朗起來！

而且開普勒行星三大定律可以透過萬有引力推匯出來而降格為定理，當然這不是壞事，因為人類認識了更深層次的科學！

天體的環繞與逃逸速度，如何才能逃離地球？

牛頓發現萬有引力後他就已經考慮過怎麼樣離開地球了，因為地球是一個球體，那麼只要以足夠高的速度在地球上運動時，其圓周圓周運動產生的“離心力”就可以等於甚至超過重力，實現環繞地球運動而不落回地球上！

當然現實是必須在一定高度繞行，否則大氣層產生的阻力會非常大，無法保持這個速度！因此由這個“離心力”=引力的公式，可以簡單推匯出第一宇宙速度，也就是環繞速度是理想狀態下，不考慮大氣阻力的速度！繼續加大速度則可以達到第二宇宙速度！實際操作大都是火箭快速送上高空離開大氣層，同時達到第一宇宙是速度。

分子運動論

知道引力和第一宇宙速度，就能明白大氣壓那麼高卻不會逃入太空了嗎？其實還不行，因為只能用萬有引力解釋氣體被吸引在地球上不夠直觀，為什麼氫氣就容易逃逸，而氧氣則會留在地球上呢？

十九世紀是熱質說向分子熱運動論的重大轉變過程，科學界漸漸接受了溫度其實是微觀粒子的運動在宏觀的表現，科學家對氣體運動的研究，也瞭解了我們看到的乖乖的氣體，其實都在不斷運動中，而且速度還不小！

氫氧分子的運動速度

這些氣體在分子因為運動速度很高，所以它們都很活潑，而且在地球大氣層中，除了對流引起的風和氣旋等運動外，還會受到太陽輻射的轟擊，這會讓它們的原子獲得極高的速度，最終將超過地球的環繞速度甚至逃逸速度，慢慢向太空逃逸！地球大氣層中就有一個逸散層，這裡的大氣原子都因轟擊在高速運動中，所以它們的溫度很高，也非常容易逃逸！

地球上每年都會因為這種狀況向太空逃逸幾十萬噸大氣，當然也不需要擔心某天大氣會跑光，因為在磁場的保護下，這個逃逸量還不足以改變地球的大氣環境，因為地球大氣總量高達6000萬億噸，而每年從太空進入地球的水和其它物質也高達幾十萬噸，這些物質的其中部分也會補充大氣，即使不補充，大氣層也跑不光，所以各位還是不必過於擔心！

其實在牛頓萬有引力中解釋地球為什麼會吸引住大氣，為什麼又有大氣從地球逃逸是完全沒有問題的，但對於普通人來說完全不夠直觀，因為需要理解一個天體引力的過程，但很多朋友仍然無法理解一個氣球為什麼在真空中不會散開！因此我們在這裡引用一個廣義相對論的引力概念，大家一看就明白了！

1859年法國數學家勒維耶在計算水星軌道時發現其觀測值和計算值有一個每百年38"的誤差，當時以為在水星和太陽之間還存在一顆行星，並且將其命名為祝融星，但很顯然不存在這顆行星，所以找尋沒有任何結果！

1916年愛因斯坦獨立完成的廣義相對論發表，以引力彎曲空間的全新方式解釋了引力，廣相認為引力是質量在時空中的，當質量在彎曲空間中執行時，它的表現方式會和牛頓萬有引力的平直時空存在很大的差異！

廣相下的時空

為什麼金星和地球等其他行星計算時沒有那麼大誤差呢？那時因為這些天體距離太陽足夠遠，產生的誤差已經可以到忽略的程度，因此只有在水星軌道的近日點時產生的誤差才足以讓勒維耶發現！也許這就是我們的幸運，假如水星軌道距離足夠遠，那麼愛因斯坦廣相驗證的方式也許要晚上好多年！

水星軌道示意圖

引力彎曲空間

更準確的說引力彎曲的不只是空間，而是時空，因為在空間彎曲的同時時間也被改變了，在三維空間中的引力彎曲其實不太好理解，但好歹也要試圖理解下！

質量在時空中運動產生的影響

質量會對周圍的時空產生非常大的影響，質量越大，扭曲越誇張，一直到一個黑洞產生，在其視界內產生到現在科學家都不知道的扭曲級別，這一點在三維空間中的二維平面上表現是最容易理解的！

引力彎曲時空的簡單示意

中心質點就相當於行星，周圍的凹陷就是時空，而丟出去的那個小球就是衛星，它的運動方式是沿測地線運動的，而空氣被吸引的含義就是自然的因為重力梯度效應包圍在行星周圍！就像倒一瓢水，它自然就在中心附近蓄積！

所以空氣呆在這個凹陷內非常自然的，而從這個凹陷跑出來需要輸入能量讓它們加速逃離，因此這就是它們寧願積聚在一起產生很高的大氣壓也不願意跑到空空如也的太空，這就是地球為什麼能吸住空氣的真正原因！

太空和大氣層內兩者之間有氣壓差，空氣為什麼不向太空擴散？

地球之所以誕生生命，在基礎環境條件方面除了處於太陽系的宜居帶、存在液態水、擁有適宜的磁場之外，其外層包裹著一層比較濃密的大氣層也是其中的一個必備要素。有大氣層的存在，即可以為地球上形成碳氧迴圈提供物質基礎和演化空間，同時也使大量來自地外空間小行星和彗星在大氣層中燃燒殆盡，從而為地球的穩定以及生命體的形成提供了安全的保障。

由於氣體也是一種流體，它無論是在容器中，還是處在地球外圍的空間中，都會產生相應的氣壓，其中近地面的空氣壓力較大，隨著高度的上升空氣密度逐漸變小，氣壓也相應減小。但與太空的近乎真空相比，地球大氣層中的氣壓還是相當大的。大家知道，如果我們在兩個容器中盛放不同壓力的氣體，如果將容器連通，那麼氣體將會從高壓容器向低壓容器流動，最後達到二者的平衡，那麼為何地球上的大氣沒有向氣壓更低的太空擴散呢？

在這裡就不得不提萬有引力，這也是大家都自然會想到的問題。因為地球本身是一個大質量的行星，按照廣義相對論，凡是有質量的物體，其對周圍時空就會造成彎曲現象，其它物體在這個彎曲的時空裡，按照引力場方程表述的規律那樣，會沿著一個測地線進行執行，物體的質量越大，對周圍時空的彎曲程度就越明顯，其它物體在測地線中的環繞速度也越快，也越接近引力源中心。廣義相對論解釋了萬有引力產生的原因，從根本上揭示了物體在空間中的運動形式。作為地球外圍的大氣層，同樣也遵守著這個規律，也無時無刻不在受到來自地球質心的萬有引力。

按照萬有引力公式，同樣的物體，其距離地球表面越近，所受到的地球引力就會越大，大氣層中的氣體雖然看不見、摸不著，但是其從整體上來看，質量也是非常龐大的，據科學家們測算，地球上的大氣層總質量可以達到5*10^15噸，約佔地球總質量的千分之一，在地球的表面，大氣層所提供的氣壓，相當於每平方釐米的面積有1萬牛頓，即1個標準大氣壓。然而，隨著大氣層高度的上升，氣體分子與地球質心的距離逐漸被拉大，那麼其受到的地球引力數值就會明顯衰減，因此氣體密度呈現越往上就越小的狀態。

地球的大氣層根據氣體密度不同以及氣體呈現的物理性質，從下往上依次分為對流層、平流層、中間層和熱層，其中對流層的高度僅有12公里左右，與整個大層的厚度近1000公里相比實在是太過於微小，但是對流層中的氣體分子總量卻可以佔到整個大氣層中的80%以上。另外，在對流層的上方平流層中，也幾乎聚集了剩餘大氣分子總量的90%以上。再往上的中間層、熱層和散逸層中空氣已經非常稀薄了，特別是散逸層，在太陽高能粒子的衝擊下，呈現的是高度電離的狀態，稀薄的氣體所組成的是等離子體狀態，溫度可以達到1500攝氏度，氣體分子的內能非常大，具有較大的機率可以突破地球引力的束縛，最終擴散到宇宙空間中。

透過上面的分析，我們可以很容易地得到兩個結論，第一是地球的大氣層並不是均勻的，其密度會隨著高度的提升而逐漸減小，實際上當到達散逸層的外圍時，氣體分子的密度已經非常稀薄了，幾乎接近太空的環境，因此地球的大氣層與外太空根本沒有明顯的界限。

第二，處於大氣層最外圍的氣體分子，是處於高電離化、高能量化的狀態，其運動能力明顯要比近地面的空氣分子強大得多，有較大的機率會逃逸到外太空環境中。據科學家們測算，地球大氣層每年都會向外太空輸送幾十萬噸的大氣。所以問題中的地球大氣層不向外太空擴散是不準確的。

那麼，為什麼地球自誕生以後的40多億年裡，大氣層沒有擴散消失呢？一方面，是大氣層向外擴散的總量佔比實在是太過於微小，因為散逸層的氣體密度本來就非常小，能夠擴散逃逸的，與地球大氣層總量相比僅是極小極小一部分。與此同時，地球由於其強大的引力，還會每時每刻從外太空中將一些非常稀薄的遊離氣體，拉回到大氣層中。另外，來自地球內部的地質運動，比如地震和火山噴發，也會將一部分來自地球內部的氣體物質帶到大氣層中，因此，從大氣層的輸出和輸入總量上達到了一種動態的平衡。

綜合以上的分析，我們可以看出，近地面的氣壓與外太空雖然存在著明顯的氣壓差，但是在地球引力的作用下，大氣層中這種氣壓差是一種漸變的過程，越往上氣壓就低，當到達大氣層的頂部時（雖然界限不明顯），其氣壓已經與外太空差不多了，這就是為什麼地球的大氣層沒有被外太空的低氣壓所吸走的原因。另外，在宇宙空間中沒有絕對的靜止，地球的大氣層也不例外，大氣層特別是外圍的大氣分子，仍然有一定的機率逃逸到外太空中，只不過地球擁有自我調節機制，一方面可以從外太空再捕獲一部分的氣體，而且還可以從內部挖掘潛力，兩種作用結合起來，並在地球引力的保護之下，維持著相對穩定的狀態，為地球上的萬物創造了一個非常安全的自然環境。

點評:

1.根據《燃燒與氣體運動一一物質向有能量消耗的方向具有朝向、運動與趨勢》

2.太空溫度低，地球平均溫度高，內外溫差，大氣環流邊界有極液滴旋轉層透明體，外部光壓，光照。(似愛坦凝聚)

3.失重的物質受地球臨界重力加速度捕獲並繞行;

4.比如:明顯可見的太空垃圾的繞行，從高度梯度分佈，質量梯度分佈，粒子梯度分佈等。

5.按太空垃圾存在理解大氣環繞，易懂;

6.用時空彎曲解讀難度大

首先，空氣並非沒有向太空擴散，而是一直在不斷向太空擴散，只是因為擴散出去的空氣相比總體來說非常少而已，所以不會引起大氣總量的變化。

我們知道氣體是相對來說比較活躍的，氣體分子之間的運動幅度也很大，因此空氣會比較活躍。同時大氣的密度也是隨著高度的增加而變小的，所以越高位置的空氣密度就會越小，也就是說越稀薄。而大氣與太空之間是沒有明顯的界限的，一般我們定義大氣的厚度為1000千米，但實際上在1,2百千米的位置，大氣就已經是非常稀薄了。

雖然空氣對於我們來說似乎感覺不到重量，但實際上大氣也是一樣具有質量的，根據計算，地球大氣的總重量大約為5300萬億噸。因此，這麼重的大氣在地球的引力下這麼會輕易逃離地球呢？

不過，由於引力的大小是與距離有關的，在距離地面100千米以上的位置，地球的引力就會小很多，而更遠的位置，引力就變得更小了。

因此，在大氣層上層，引力對空氣分子的作用就顯得微乎其微，而對於空氣分子自身的運動來說，這種微弱的引力就難以吸引住空氣分子。因此，在接近地面1000千米上下的位置，空氣是持續向太空擴散的。不過，由於這裡本來空氣就非常稀少，所以即便一直擴散，也不會對整體的大氣產生多大的影響。

而同時，在接近地面的範圍內，地球引力會牢牢的吸引住這裡的大氣，所以，絕大部分的大氣是不會逃出地球的。雖然有壓差，但是也抵擋不住引力的作用，這樣才可以維持大氣層的存在。

考慮一個例子，我們把所有的空氣從盒子裡抽出來，然後在裡面產生了真空。假設我們在地球上，在海平面上，我們在盒子上戳了個洞。會發生什麼？

空氣會衝進盒子裡填滿它。可以。但它為什麼這麼做？是因為真空吸塵器把空氣吸入盒子裡嗎？不。

實際發生的是，盒子周圍的氣壓迫使空氣在沒有壓力的情況下進入空間。填充盒子的空氣被氣壓推到空的地方

大氣中的氣壓不均勻。海拔越低，氣壓就越高；因此，當你往高處移動時，氣壓就會降低。事實上，在大氣的上限，氣壓基本上降到零。

因為上面沒有真正的氣壓，所以也就沒有力量把空氣推向空曠的空間。

如果我們能夠神奇地關閉重力，那麼大氣就會從壓縮中釋放出來，並從地球上彈回。

所以，從根本上講，重力是使大氣保持在地表附近的東西。它只是在與空間的真空作鬥爭。

如果你在這個高度，在大氣邊緣開啟真空罐，它仍然會充滿空氣，但是由於氣壓要低得多，它不會像你在海平面上經歷的那樣瞬間激增。這是因為罐子和它周圍的空氣幾乎處於平衡狀態。

正是在這個高度，大氣基本上逐漸變得虛無。空氣不需要抵抗空間的真空，因為當大氣和空間相遇時，氣壓實際上是零。地球和空間之間沒有劇烈的鴻溝，由於氣壓的力學和空氣的變薄，不需要分離器或屏障。

但是，為了存在氣壓現象，還有一個因素需要考慮.重力。我們這個星球的重力會吸引大氣，壓縮大氣，併產生氣壓。你離地球越近，引力就越強，空氣就越密集。

如果沒有重力，地球周圍的大氣將會漂移到太空中，但這僅僅是因為地球將不再把它拉進來，而不是因為太空的真空將會把它吸走。

最讓我困惑的是，這一說法首先應該如何證明世界是平的。毫無疑問，空間和我們的大氣層之間的鴻溝必須以與圓形地球相同的方式存在於平坦的地球上。使用平面地球模型，你還必須回答 “是什麼阻止了空氣從地球邊緣掉落？"

如果只有2個氣體分子在真空中，他們會聚集在一起，而不會分開，因為分子間會有靜電引力，這跟真空中水分子並不會分開是一個道理。同樣，一群空氣分子分散到一定程度後也會保持在一個平衡位置。