金星和土卫六质量比地球小,气压却比地球大,为什么会这样?

很多资料都认为,天体的大气是否存在,以及气压大小只与该天体质量、磁场相关。按照这个说法,很难解释土卫六和金星的大气状态,因为它们都比地球质量小,且磁场也很微弱,但其大气密度和表面大气压强都远远高于地球。现在我们就来讨论厘清这个问题。

  • 大气压当然与行星质量有关,但不是唯一关联。

行星大气是包裹着行星体的中性气体和电离气体的总称,它们依附在星体周围。天体质量对锁定大气不然大气逃逸有较大关联。一般来说,质量越大的行星,引力(重力)越大,对大气的束缚度就越大。

这可以解释水星、月球这种较小天体很难保留浓密大气的原因。当然水星大气难以保留,还与其靠太阳太近有关。我们知道,温度越高,气体分子活动越激烈,散逸速度也就越快,这样,小重力的水星就更难束缚住大气了,所以水星只有非常稀薄的大气,相当于地球表面上空500千米高度的大气浓度,也就是不到地球表面密度的1000亿分之一。

但行星大气的浓密或稀薄,还与大气生成过程和磁场有密切关联。如果一颗行星在诞生早期,本来就没有大气或大气很稀少,即便行星引力再大,又有什么用呢?就像一个守财奴如果没财可守,再能守也没用。

磁场则对大气的保留有重要作用。如地球磁场,在数万千米高空,将来自太阳的高速带电粒子(太阳风)疏导偏转,从地球大气层上空划过,保护了大气层,避免了太阳风把大气带走。

而大气压,是气体分子不断碰撞物体表面的压力,气体密度越大,碰撞的频率就越高,天体引力(重力)越大,碰撞的力度就越大,因此,星球表面气压大小,不光与星球的质量有关,还与天体早期形成气体密度密切相关,是气体密度和重力的合力。

  • 地球大气生成过程。

地球大气最初并不是我们现在这种成分,是从地球诞生的45亿年前开始逐步生成并变化过来的。开始,地球是行星盘物质在自身引力下,相互碰撞聚集,像滚雪球一样渐渐长大,最终把所有轨道附近物质都吸附完了,就形成了地球雏形,开始是一个温度有8000℃的熔融球体。

地球形成后,还发生了一次大碰撞,是与一颗相当火星质量的行星相撞,撞歪了地球自转轴,增加了地球质量约1/8,生出了一个地球卫星~月球,这个过程不在本文讨论范围,就不展开说了。

在地球处于高温时期,大气分子运动速度很快,地球引力无法抓住这些气体,因此难以形成浓密的大气层。一直到地球慢慢冷却形成了固体外壳,溶解在熔岩中的气体以火山爆发形式被大量释放出来,这就是地球的排气过程。这些气体主要由水汽、二氧化碳、氮组成,这是地球最早的大气层。

冷却后的地球上空,蒸发的水汽形成了巨量的云层,暴雨期开始了,开始暴雨还没有到达地表就被蒸发了,后来落到地面继续沸腾蒸发,随着地表被雨水慢慢冷却,终于开始积水。暴雨连续下了千万年,雨水灌满了低洼地带和盆地,形成了地球海洋,同时洗掉了空气中大量的二氧化碳,空气中的水汽也大大减少。

地球水的来源还有一种解释,就是陨石雨的轰击,其中最重要的是彗星撞击,给地球带来了大量的水资源,甚至有机物。

但这个时候的大气,并没有很多氧气,现在的大气的氧氮比是在几十亿年的演化过程得到的。氧气大量形成有两个重要因素:一个是水汽被带到高空大气层时,被太阳紫外线照射,分解成氢和氧,氢是最轻的气体,容易逃逸出大气层,而氧原子结合成氧分子比较重,就保留了下来;第二个因素是更重要因素,就是地球演化出了生命,尤其是绿色植物,通过与阳光的光合作用,将二氧化碳反应生成了有机物质和氧,从而依靠氧生存的生命渐渐发达起来。

现在地球大气层的成分为:氮78.084%、氧20.946%、 氩0.934%、水汽0.25%、二氧化碳0.032%、 氖0.0018%、 氦0.00052% 、甲烷0.0002%、 氪0.0001%、氢0.00005%、 氙0.000008%、臭氧0.000001%、 其他0.001421%。地球的生态圈形成大气循环并保持基本平衡,地球重力拉拽保持着大气密度,而地球磁场是保护地球大气圈不受侵害的天然屏障。

  • 金星大气生成过程。

金星是一颗与地球大小差不多的类地行星,其半径是地球的95%,体积是地球的0.88倍,质量是地球的80%,可是其大气密度是地球的100倍,表面气压是地球的93倍。

金星重力小于地球,而大气压力却高出地球很多,从这一点,我们可以印证前面说的,大气压不仅仅与星球重力有关,而是与大气生成过程和密度密切相关。

金星这种大气现状也是随着金星演化而慢慢变成的。科学研究认为,金星在诞生初期和大气生成过程也与地球差不多,也生成了海洋,但后来演化过程被一些天体事件给改变了,比如巨大的撞击导致了金星自转和磁场的改变,板块运动停止,高温让海洋完全被蒸发。

巨量的水蒸气在大气中形成一道屏障,太阳辐射反射被这道屏障阻挡了,热量无法散射回到太空,金星坠入了无法逃脱的温室效应钟罩中。高温使岩石中的碳不断分解出来,与大气中的氧结合成二氧化碳,而随着二氧化碳在大气中浓度越来越高,温室效应形成恶性循环,金星表面温度就越来越高,从而使金星堕入了万劫不复的地狱梦魇。

也有人认为,金星没有演化出生命和绿色植物,是大气没有得到改造的原因。但我认为,即便金星开始演化出来了生命,在后来的天体事件中,这些脆弱的生命也将灭绝,因为人类现在都无法抗拒来自太空的巨大天灾,何况远古时期的脆弱生命?

  • 土卫六是唯一有浓密大气的卫星,大气压高于地球。

土卫六又被称为泰坦星,在太阳系行星200多颗天然卫星中排名老二,直径为5150千米,约为地球的40%;质量为1.345x10^23kg,只有地球的1/44.6;重力不到地球的1/7。但其大气压却为地球的1.5倍。

既然重力比地球小这么多,大气密度和气压又比地球还要高出50%,这进一步说明了星球大气浓度气压并非只是与重力有关,而是与其生成过程和密度密切相关。土卫六大气组成主要为氮气,占比98.44%,其余为甲烷、乙烷、丁二炔、丙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷等,还有极少量二氧化碳、氰、氰化氢和氦气。一些科学研究认为,土卫六大气主要来自彗星的撞击,彗星带来的氨冰在撞击过程或通过光化学反应生成了氮气。而彗星上复杂的有机物成分,很可能是产生甲烷等有机气体的原因。

土卫六不但是具有浓密大气的唯一卫星,还是太阳系除地球外唯一表面存在液态湖海的星球。但土卫六的液态湖海不是水,而是甲烷。科学家们怀疑在这些羟湖里可能存在着某种特殊的生命形式,如依靠甲烷羟类为食物生存,极耐低温的生物。研究表明,在土卫六表面200千米冰层深处,还可能存在液态水的海洋。

研究认为,土卫六上也存在制约生命的重要因素,如温度过低,表面温度只有-176.16℃;没有发现液态水;没有磁场保护,当其运行到土星磁场保护之外时,会直接暴露在太阳风的强烈辐射之下,生命可能无法存活等等。

但科学界对土卫六充满了兴趣,NASA甚至派出了一艘探测器降落到了土卫六的表面,这就是搭载卡西尼到达土卫六的惠根斯号,它是人类第一艘降落在除月球以外的天然卫星的探测器,拍摄传回了土卫六表面的大量资料。科学家们还打算对土卫六进行更多的探测,弄清楚其上面到底有没有生命存在。

  • 八大行星都有大气,只是龙生九子各不相同而已。

行星或者各种天体都有大气,其密度和气压与星球质量、大气生成原因和密度、磁场的都有联系。相信通过前面几个星球的介绍,大家已经对这些因素有所了解。

太阳系八大行星的大气,与这些行星性质、质量、磁场、距离太阳远近、生成原因,表现出完全不一样的特点,大气状态五花八门。火星由于质量较小,磁场微弱,因此大气很稀薄,只有地球大气密度的约1%,且二氧化碳占比达到95%,气压只有地球的0.5~0.8%。

除了四个类地行星,即地球、火星、金星、水星,处于小行星主带之外的4颗行星,属于气态巨行星,都比地球大很多,而且主要由气体组成,不过在其大气层深处,由于高温高压状态,气体被压缩成液态和液体金属态,它们都有一个不大的岩石地核。

这些气态行星的结构完全与类地行星不一样,它们都没有一个固体表面,作为行星整体密度都大大小于类地行星。在太阳系形成初期,太阳风猛烈,把物质吹向远离太阳,气态轻物质就吹得更远,这些气态巨行星就是由这些吹得更远的气体组成。这些行星由于距离太阳更远,表面温度都很低,而且一个比一个低,木星为-168℃,土星为-170℃,天王星、海王星都低于-200℃。这些行星大气层组分也与类地行星完全不一样,都以氢和氦为主。

这些气态行星的详细情况在过去时空通讯许多文章中都有讨论,在此就不一一展开说了。感谢阅读,欢迎讨论。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。