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這可能很多朋友在科普行星磁場時各位朋友碰到的最大難題，因為同樣在沒有磁場（極微誘發磁場）的條件下，火星只有一個大氣壓只有地球大氣壓1%的二氧化碳大氣層，而金星卻有一個大氣壓是地球92倍、二氧化碳含量超過96%的超級大氣層，這如何解釋？下面來探討一下這個有趣的話題。 一、為什么有的行星有大氣層，有的沒有大氣層？ 這個問題要從兩個方面著手，一個是組成大氣的氣體，另一個則是行星本身。 1、氣體分子運動以及速度 這個問題其實比較容易解釋，因為我們這個宏觀世界的所有物體都有一個溫度，而這個宏觀溫度的表現在微觀領域就是分子運動的劇烈程度，因為氣體分子之間的間隙比較大（一般超過分子直徑的十倍以上），因此氣體的分子運動速度更為快速一些。 分子運動的理論建立在玻爾茲曼方程的基礎之上，分子運動速度可以用如下方程來計： V=√3kT/m=√3RT/M 上述公式中，m為質量，M為摩爾質量，千克/摩爾，k為玻爾茲曼常數：1.380649 × 10^-23 J/K 假設T=300K時氫分子的運動速度，將各項參數帶代入公式可計算得1934米/秒，一般取值1900m/s就大致是正確的。 同樣條件下，氧分子的運動速度就只有460米/秒。 2、行星對大氣層的束縛能力 我們根據第一宇宙速度可以計算得地球的環繞速度為7.9千米/秒，逃逸速度為11.2千米/秒，氫分子似乎會老老實實留在地球上？完全不會，首先它密度很低，會跑到氮氧組成的大氣層頂。另外在大氣層頂會受到太陽輻射中的高能紫外線的照射獲得極大的能量，其分子運動速度將會超出地球的逃逸速度，因此氫分子這樣的氣體在地球上是呆不住的。 月球就更不用說了，比如氫分子的運動速度直接就超過了月球的環繞速度1.8千米/秒，所以它根本不可能呆在月球上。 3、行星的磁場 行星的磁場很重要，因為在太陽系內的星際空間，不只是紫外線，還有太陽風中的高能粒子也會轟擊地球，但這些高能粒子都帶電，會被磁場偏轉，因此落向地球的高能帶電粒子也就在兩極轟擊高層大氣激發原子中的電子引起極光而已，但如果沒有保護就不一樣了，太陽風將直接轟擊大氣層，年長日久，行星大氣被逐漸消耗，最終只剩下火星那樣的孤家寡人。 正常情況下我們解釋行星為什么會有大氣和磁場的重要性，上文就已經說完了，但仍然有一個關鍵的問題沒有解決，為什么金星離太陽那么近，太陽風理應比火星強很多倍，為什么金星還有濃密的二氧化碳大氣層？ 二、光解的秘密 上文我們說明了氫元素逃逸地球的過程，但其實水汽也會在紫外線的轟擊下逃離地球，具體過程我們來簡單介紹一下！ 1、水的逃逸： 水分子有2個O-H嗎，因此H2O的化學鍵能是928KJ/mol，大約為9.67eV 這個參數很重要，因為只要受到的光照能量高于水分子的化學鍵能時，水分子的化學鍵就有可能斷裂，而紫外線的能量與波長是不一樣的，比如： 紫外線400nm 3.1eV 紫外線300nm 4.1eV 紫外線200nm 6.2eV 紫外線100nm 12.4eV 我們可以發現100nm的紫外線下照射下，水分子的化學鍵斷裂，分解成氫和氧，氧原子與氧分子結合形成O3，這就是臭氧的來歷，因為氧的密度比較大，比重也比較大，分子運動速度相對比較低，它很難從大氣層中逃逸！當然解離后的氫就拜拜啦。 2、金星大氣層中的二氧化碳能逃逸嗎？ 二氧化碳中的碳氧雙鍵鍵能是803KJ/mol，大約為8.36eV，看起來150nm的紫外線即可輕松解離，當然這不是關鍵，而是解離后的碳和氧的去處！ 氧的去處和地球上的氧命運類似（金星和地球大小質量類似，逃逸速度相差無幾），可能會與氧分子構成臭氧，這從2011年“金星快車”在金星大氣層上100千米處觀測到臭氧的光譜特征得到證明，不過其濃度只有地球臭氧層含量的1%。應該是分解出來的氧原子在金星的背向太陽的一面形成。 那么碳的去處呢？理論上碳元素比重比較大，在金星大氣層中可能會沉降到表面，但金星大氣層的超級風暴會讓這個可能性大大降低，不過反倒可能是金星大氣層中的二氧化三碳和三氧化二碳的多余氧原子和碳原子來源。 即使被高能紫外線解離后的碳和氧依然沒能逃離金星，不過金星可能存在的水卻逃逸了，想想似乎有些不可思議，水是液體，二氧化碳是氣體，居然氣體留下了，液體逃走了，這個世界實在太奇妙。 本ID微信公眾號同號，如有搬運抄襲，投訴到封號為止 |
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