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  • 1 # 刁博

    太陽系的幾顆行星中,地球有著大氣層;火星的大氣層非常稀薄,壓強不足地球的1%;更遠軌道處的木星、土星直接就是一個氣態行星。

    一個行星有沒有大氣層主要取決於以下幾個因素:行星的質量、行星到太陽的距離、有沒有磁場。行星的質量越大,其表面的逃逸速度往往就越大,氣體分子不容易逃逸出行星引力的束縛。太陽向外吹著太陽風,行星離太陽越近,太陽風就越容易將行星的大氣層吹走。行星若是存在足夠大的磁場,就可以依靠磁場對大氣層起到一定的保護作用,避免被太陽風吹散殆盡。地球的磁場就起到了保護地球大氣層的作用,火星的引力比地球小,同時也沒有磁場,故火星上的大氣層非常稀薄。

    距離太陽更近的金星似乎有些奇葩,其質量和地球差不多,並且更靠近太陽,也沒有地球這樣的磁場,而其表面卻有著厚厚的大氣層,氣壓是地球大氣壓的90倍。

    太陽風不是一下就能把大氣層吹走的,氣體逃逸也是需要數億年甚至更久。氣體可以逃逸掉,也可以補充過來。如果逃逸的多,大氣層就會逐漸變薄;如果補充的多,大氣層就會越來越厚。金星上的條件使得一些氣體很容易在上面堆積。

    金星上的大氣主要是二氧化碳,能夠佔到金星大氣總量的96%。這些二氧化碳主要來自金星上的火山噴發。二氧化碳的分子量比較大,同等溫度下更難以逃逸,這是二氧化碳大氣層能夠在金星上存在的一個原因。

    地球上有水,二氧化碳溶於水後可以生成碳酸,碳酸繼而可以和地面上的一些物質發生反應,使得碳從大氣中轉移到地殼中。金星上的熾熱使得水被蒸發殆盡並分解成氫氣和氧氣,最後逃逸出金星的大氣層。金星上的二氧化碳難以像地球這樣迴歸到大地,沒有水分進一步加劇了二氧化碳在金星大氣層中的聚積。

    金星上至今還在進行著非常猛烈的火山噴發,火山噴發持續將氣體釋放到金星大氣層中。太陽風、氣體逃逸損失掉的其他根本抵不過火山噴發帶來的氣體,正是因此金星上才能夠有濃密的大氣層。

  • 2 # 魅力科學君

    時至今日,我們人類的探測器已經拜訪了太陽系內的各大行星,並對它們有了大致的瞭解。現在我們知道了在43億年前,火星曾經擁有濃密的大氣層以及廣袤的海洋,甚至還可能存在生命。

    但在37億年前,由於火星的核心冷卻,火星的磁場也因此而消失。由於沒有磁場的保護,在太陽風的侵襲下,火星失去了絕大部分的大氣層,逐漸變成了現在我們所看到的一片荒蕪。

    由此我們似乎可以得出一個結論,即磁場是行星大氣層的“保護神”,如果一顆行星沒有了磁場,也就沒有了大氣層。但事實上卻不是這樣,因為離太陽更近的金星幾乎也沒有磁場,但卻擁有濃密的大氣層。

    於是問題就來了,火星和金星都沒有磁場保護,為什麼火星大氣稀少而金星卻大氣濃密?

    太陽風是由太陽活動產生的高速粒子流,其速度一般都可以達到每秒鐘幾十萬公里。除此之外,太陽風還有一個屬性,就是它是帶電的,這就意味著,足夠強大的磁場可以遮蔽掉太陽風,使它“繞道而行”。而對於沒有磁場的行星,其大氣層就直接暴露在太陽風的威力之下了。

    然而太陽風並非可以“為所欲為”,因為它的“力氣”是有限的,如果一顆行星的引力足夠大,太陽風也就顯得力不從心了。

    火星質量為6.4219 x 10^23千克,而金星質量為4.869 x 10^24千克,根據萬有引力定律,一顆行星的引力大小與質量成正比,經過簡單的計算就可以知道,金星的引力大約是火星的7.6倍。

    這就是金星擁有濃密大氣的主要原因,我們可以簡單的理解為,當太陽風“吹”來時,金星的“力氣夠大”可以緊緊的抓住它的大氣層,而火星卻因為“力氣太小”,即使抵達火星的太陽風的強度已經減小了不少,它也抓不住本該屬於自己的大氣,只能眼巴巴地看著太陽風將它們帶走。

    細心的讀者可能已經想到一個問題,那就是金星與地球一樣大,但金星的大氣壓卻是地球的92倍,這是為什麼呢?我們接著再講。

    我們知道金星的大氣層有95%都是二氧化碳,相對於其他氣體來講,二氧化碳就顯得很重,正是因為大量二氧化碳的堆積,金星的大氣壓才會如此的高。好吧,現在問題就變成了:這些二氧化碳又是從哪裡來的呢?

    需要指出的是,太陽從誕生開始,就一直在變亮,其輻射出的光和熱也在逐漸增加。根據科學家們的推算,在30億年前,金星上其實也擁有大片的海洋,但隨著太陽的變亮,金星表面的溫度也越來越高,這些海洋就漸漸蒸發,變成水蒸氣彌散在大氣層中。

    在接下來的時間裡,由於沒有磁場的保護,太陽風不斷地將金星大氣層裡的水蒸氣電離成氫元素和氧元素,並將其中的氫元素帶走而留下較重的氧元素,隨著這個過程持續,金星上的水就變得越來越少,並最終變成了一顆像現在這樣乾涸的行星。

    根據“海底擴張理論”,海洋的存在是板塊運動的關鍵,金星上沒有了水也就沒有了海洋,其地殼也就不再運動,由此造成的後果是,金星內部的壓力只能透過火山運動來得以釋放,這會將原本存在於金星內部的二氧化碳釋放到大氣層中。

    在我們地球上,由於有海洋的存在,大氣層中的二氧化碳會與海洋中的水反應生成碳酸,然後再與其他物質中的鈣元素反應生成碳酸鈣,從而固定下來。除此之外,地球上的綠色植物也可以透過光合作用,將二氧化碳轉化成氧氣和有機物,所以地球上的二氧化碳是不會產生堆積的。

    但那個時候的金星已經沒有了水,更沒有綠色植物,再加上二氧化碳又很重,就算有太陽風的“幫助”,它們也不能從金星上逃逸,於是它們就只能金星大氣層裡大量堆積,其產生的溫室效應使金星表面的溫度迅速升高,而升高的溫度又進一步導致金星內部的二氧化碳的釋放,形成一個惡性迴圈,其結果就是現在的金星變成了名符其實的“地獄行星”。

    最後再講一下,因為金星的核心並未冷卻,又在緩慢地自轉,所以金星也是有微弱的磁場的,另外太陽風的電離作用也會誘發一個次級磁場,資料顯示金星的磁場約為地球的十萬分之一,可以說是小到可以忽略不計了,不過,有總比沒有好,你說對吧?

  • 3 # 星辰大海路上的種花家

    金星和火星都沒有磁場,為什麼火星氣壓幾近於零,金星氣壓是地球92倍?

    這是一個非常有趣的問題,我們在大多數時候都被科普,火星的質量比較小,形成後約十億年內即核心冷卻,導致磁場消失,在無情的太陽風轟擊下,火星大氣逐漸被剝離,最終落得個一片荒涼的下場,當然很多科普作者此時閉口不談金星,因為金星也沒有磁場(只有一個誘發磁場),但金星的大氣壓卻是地球的92倍,這是在有些匪夷所思,我們簡單來了解下它的成因。

    紫外波段的火星

    金星一直以來都是這樣嗎?

    金星的直徑與地球相差無幾,只不過它比地球更靠近太陽一些,軌道半徑大約0.75個天文單位,但它表面最高溫度達到了400多度,一個充滿二氧化碳的大氣層氣壓是地球的92倍,不過天文學家認為,金星誕生時卻不是這樣。

    與地球形成機制類似,金星早期也會獲得大量的含水化合物以及彗星,也會在行星的誕生過程中經歷小行星轟擊的時代,因此從理論上來看,金星早期也會有地表水形成的機制,因此天文學家認為其表面水存在超過約數億年。

    金星二氧化碳成因猜測一

    但金星核心機制無法形成磁場,在這個過程中金星表面水汽被光解,更輕的氫元素逃離留下了氧元素,這些天文數字般的氧元素和金星表面的碳元素結合形成了二氧化碳,這種溫室效應極佳的氣體使得金星表面溫度陷入了失控的溫室效應。

    這裡有一個問題是金星表面的碳元素是怎麼來的?當然這是金星形成時的原始積累,來自於上一代恆星超新星爆發後的星雲物質,地球也獲得了大量的碳元素,地殼中碳元素的含量是0.032%,看起來這數字不大,但即使跑出萬分之一來和氧氣結合成二氧化碳,那麼地球就完蛋了。

    金星二氧化碳成因猜測二

    阿媽媧錄火山口的熔岩流

    金星火山活動曾經非常活躍,歐空局的金星快車號探測器在2014年獲得的資料顯示金星現在仍然有火山活動的跡象。在火山構造上各種盾狀火山和複式火山與地球火山活動非常相似。

    既然沒有了磁場,為什麼進行大氣層還不逃逸?

    這是一個棘手的問題,但各位瞭解下水汽逃逸的過程就會了解到一個很簡單的道理,水汽逃逸最關鍵的因素光解,太Sunny輻射中的短波段比如紫外波段的能量超過水分子鍵能,因此水汽被紫外線打散成了氫和氧,氫逃逸而氧留下,因為氧的密度要高得多,大部分情況下都不容易逃逸,而且還會和氧分子結合形成臭氧層,或者與二氧化碳分子結合形成三氧化二碳等金星大氣層中奇怪的化合物。

    相對於H2O的分子鍵能(928KJ/mol),二氧化碳的鍵能(803KJ/mol)更低,100-150nm的紫外波段能量完全可以將其轟擊解離,但解離後又如何?碳和氧本來就是密度比較高的元素,它很難從大氣層中逃逸,大都還是會逗留在大氣層中,比如碳和二氧化碳形成二氧化三碳等又是一種奇怪的化合物。

    臭氧層則被歐空局的金星快車探測器所證實,並且天文學家認為在進行二氧化碳大氣層的上方有一個足夠人類呼吸的含氧大氣層存在,因此NASA提出了在金星60千米高的大氣層上方建立一個常駐科考的“飛艇雲城”計劃。

    在距離進行表面約50-60千米的高空,溫度和氣壓非常類似於地球表面,飛艇將常駐這個高度,甚至未來還可能展開商業旅行!實在是風光無限好,只是有點危險哈,如果失事,掉到進金星表面,估計都沒法找回來了,400多度的高溫直接就火化了哈。

    NASA的宣傳圖做的實在漂亮,不過要注意下的是此處的光輻射是地球的好幾倍,如果某一天真的去金星上的飛艇雲城,那麼切記一定要做好防護措施,否則就不是曬黑那麼簡單了,而是可能會活活曬脫皮。

    如果未來地球溫室效應失控,會走金星路線還是火星路線?可能金星路線的可能性會比較大,因為地球遠比火星活躍,因為現在火星核心已經不足以構成強烈活動,再難噴發二氧化碳形成溫室效應了,但地球仍然會,可以繼續活躍數十億年!

  • 4 # 不吃腸的大腸

    是的,金星和火星都沒有像地球這樣完整的磁場。

    失去了磁場的保護,意味著兩顆星球都要直面宇宙中的太陽風和輻射。

    太陽風其實是太陽活動產生的高速粒子流,為啥叫“風”呢,因為這些粒子流速度能高達幾十萬公里/秒,大氣層直接暴露在太陽風當中,氣體分子就會被吹走……結果就是火星現在的樣子,大氣稀薄,大氣層密度只有地球的百分之一。

    科學家經過研究發現,火星大氣層就是就是在長期太陽風和輻射影響下損失掉的,40億年前它可能也是一顆和地球氣候相似,溫暖宜居溼潤的星球。

    但是同樣幾乎零磁場的金星,大氣壓是地球的90多倍也是事實。

    金星的大氣層不是很厚,但是密度很大,超過95%的成分都是二氧化碳,也正因為這個原因,金星的溫室效應相當嚴重,溫度也是相當的高,平均溫度超過450℃。

    金星和火星的氣壓相差這麼巨大,可能主要有兩個方面的原因。第一是兩個星球的逃逸速度不一樣。

    星球表面的物體也好,氣體分子也好,都會受到星球本身引力的影響。當速度達到一定程度的時候,就會擺脫星球引力飛出去,這個臨界點的速度叫做逃逸速度。

    逃逸速度計算公式:V=√(2GM/r)G:萬有引力常數,M:星球質量,r:半徑

    逃逸速度的大小和星球本身的質量有關係,星球質量越大,逃逸速度越高。所以即使有太陽風的影響,如果星球本身引力足夠大,氣體分子也很難被吹走。

    比如地球,逃逸速度是11.2公里每秒,金星和地球的逃逸速度差不多大,逃逸速度是10.4公里每秒。但火星的質量比較小,逃逸速度只有金星的一半,5.02公里每秒。這意味著火星上的氣體分子更容易被太陽風吹走。

    其實金星也是會受到太陽風影響的。

    比如金星上的水蒸氣,就都在太陽風影響下分解了,質量小比較輕的氫原子也被吹進了太空,氧原子呢,質量大一些,沒那麼容易被颳走,會和空氣以及地殼當中各種元素髮生化學反應,比如和碳元素髮生反應,就會生成二氧化碳了~

    而且金星上火山活動特別活躍,也是有利於二氧化碳堆積的,這樣日復一日年復一年的,二氧化碳越來越多,也就會形成極高的大氣壓力啦。

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