为什么地球上的空气不会流入太空?

首先必须先给答案:切实和其他答主说的一样,地球上的空气并不是一点都不会流入太空,而是逸入太空的很少罢了!

地球的空气

我们都知道是围绕在地球外围的,其主要的原因就是地球的引力作用,虽然空气质量很轻,但它总归有质量,因此空气和地球之间也就存在着引力作用 。

所以这也就解释了为什么海拔越高空气越稀薄,很大的原因就是随着距离增加引力就会变小 。那么当到达一定高度后,空气成分中比较轻的气体自然会“逃出”地球,去见识外面的花花世界 。


为什么地球上的空气不会流入太空?

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虽然每年逃逸到太空的大气约几十万吨,和空气总质量约6000万亿吨来比就显得九牛一毛了,更不用说地球这个巨大的生态圈会弥补这一损失 。

从计算来看氢气的逃逸过程

我们都知道不同气体的摩尔质量是不同的,而气体分子在无时无刻做着热运动,具有动能,使气体分子散逸,另一方面又受地球引力的作用,该作用阻止气体分子逃出大气层 。这两个过程相互制约,但对于不同的分子效果不同 。


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所以我们将气体分子能够摆脱地球引力作用扩散到太空中去所具有的速度叫逃逸速度 。接下来我们就粗略计算下:

首先给出氢气和氧气的摩尔质量:

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然后算出两种气体的平方根速率(气体分子速率不同,我们只能用平方根速率来定性考虑)

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【为什么地球上的空气不会流入太空?】可以看出明显氢气的速率大得多!而逃逸速度大小可通过分子热运动动能等于相对无穷远的引力势能求出!最后我们把气体在大气中的逃逸速度与方均根速率数值加以比较,便可对上述问题加以说明,二者之比为:

为什么地球上的空气不会流入太空?

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代入具体数值可以得到各种气体的K值:氢气:5.88 氧气:23.53 水蒸气:17.65 氦气:8.32 氮气:22.0 氩气:26.31 二氧化碳:27.59!明显会发现氢气与氦气最小,这也就是为什么大气中氢气与氦气含量特别低的原因之一 。

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地球上的空气每年都在向太空中流失,只不过流失的空气量和地球的空气总量比起来微不足道,地球大气层中的“逃逸层”中的空气每时每刻都在流入太空,每年都能流失几十万吨空气,可惜地球的空气总量是6000万亿吨 。

地球的空气之所以不会全部消散在太空中是因为两方面的原因,第一个原因是地球本身的引力牢牢的把大气层“吸附”在身上,就跟我们被地球引力吸附在地球上一样,质量惊人的大气层也被地球引力所吸附 。我们知道如果物体想摆脱地球引力的吸附,那么就需要达到11.2km/s才能跑出去 。

而逃逸层之所以每年逃走几十万吨大气就是因为逃逸层处于大气层的边缘部分,受到的地球引力非常小,该层的空气粒子运动速度又非常高,所以轻轻松松就逃脱了地球的引力魔掌流失到了太空中 。

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地球大气层没有消失的第二个原因就是因为地球磁场的保护作用,其实地球一直在接受太阳风中的高能带电粒子的“洗礼”全靠地球本身的磁场挡住了太阳风,不然地球大气层就会被太阳风慢慢剥离最后完全消失,地球就会变成一个没有生命的地狱 。

早期的火星上也是拥有液态水和稠密大气层的,就是因为火星磁场的减弱消失,导致太阳风不断的带走火星大气层,大气层越来越薄最后火星就变成了今天的样子 。

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首先空气会流入太空,只是非常少 。因为随着海拔的升高,地球对其的引力也在减弱,对于一些运动速度较快的粒子就无法束缚;还有一些由于受到太阳辐射导致升温、或者太阳风的侵袭,都可能会脱离地球 。

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根据金斯定则,如果气体粒子的方均根速率是地球此处逃逸速度的1/5或者1/4以上,那么就会比较容易逃逸 。

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见上图,R是理想气体常数、T是温度、M是气体的摩尔质量

比如质量较轻的氢气和氦气就在不断的逃逸出地球

此外在大气层的划分中,最外层叫作散逸层,顾名思义这部分的气体会不断的逃逸出地球 。这层的范围比较大,一般定为海拔在800千米到3000千米之间 。

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和下面的热层类似,由于太阳充足的短波辐射,导致温度非常高(也即是粒子运动速度非常快,不过因为气体的密度实在过于稀薄,不会对航天器造成破坏),所以这些零散的气体就会轻易逃离地球 。

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