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【原】地球有一个厚厚大气层,为什么近在咫尺月球没有?其实它曾有过!

来源:用户 星辰大海... 收藏 编辑:张晓华

太阳系中有大气层的天体除了地球外,还有金星、火星以及土卫六(太阳系唯一有大气层的卫星),除开这几颗天体之外,其他的不是气态行星就是孤零零一颗行星,比如水星,还有冥王星,当然现在冥王星已经不是行星了!那么距离地球那么近的天体,月亮为什么没有大气层呢?毕竟地球的大气那么丰富,形成之初就不能匀一点给月亮吗?

其实一颗天体能不能留得住大气,并不是看它周围的气体元素是否丰富,而是要从它的质量产生的引力是否能留得住大气,那么我们简单了解下月亮能留住大气吗?

一、月球的环绕速度和逃逸速度

月球是距离地球最近的天然天体,它的主要参数如下:

月球直径:3476.28千米

月球质量:7.349×10??千克

根据这个质量我们可以计算出它的环绕速度和逃逸速度,分别如下:

G为万有引力常数:G=6.67259×10^-11N·m?/kg?

那么简单计算即可了解2821226.3632388645333517438181044

2821226363.2388645333517438181044

第一宇宙速度:V=1679.650667米/秒

第二宇宙速度:V=2375.38475米/秒

简单的说第一宇宙速度就是物体环绕天体运行的圆周速度产生的“离心力”已经和天体对它的引力相等了,因此只要保持这个速度,这个物体就可以一直保持在这个轨道!

第二宇宙速度就是物体环绕天体运行的速度产生的离心力已经超过了引力对它的束缚,它就一去不复返了!

二、气体分子运动的速度

气体分子并不是静止不动的,而是不停在做无规则的布朗运动!

只有温度在绝对零度以上(-273.15℃),那么分子的热运动就永不停息,当然这个分子运动也有速度的哦,而且只要有速度产生就会产生相对应的“离心力”,它们同样遵守“离心力”与引力之间的关系!

氢分子在27℃时运动速度就达到了1934.24米/秒,而氧分子在27℃时平均速度为480米/秒,到了127℃时就上升到560米/秒!气体分子运动速度计算公式如下:

平均速度v=√(8kT/(п*m))=√(8RT/(п*M))≈1.6*√(RT/M)

我们就不来罗哩叭嗦的陈述一个个参数了,直接简略解释下约等于后面的参数:

R为气体常量,R=8.31J/(mol*K)(气体状态方程常数)

T为热力学温度,单位K

M为摩尔质量,单位kg/mol

我们计算下480K时,代入上述公式计算氢分子的运动速度大约为:2446.6467米/秒!

很显然这个速度已经超过了月球逃逸速度2375.38475米/秒!

但您肯定发现了一个问题,因为月面温度并不能达到480K,而只有430K左右,而相对应的氢分子运动则只能达到2315.7137米/秒左右!不能逃逸?其实这就大大低估氢分子的能力了,因为它还有一个助力者,而并不仅仅是月面的温度,主要还有来自于太阳的高能粒子的碰撞助力!此时已经处在月球高空的氢分子非常容易即可从月球的引力束缚中逃逸!(月球无磁场保护,太阳风中的带电粒子可以长驱直入也有部分关系)

而氧分子的运动逃逸也是类似的条件,与氢分子一样,这个助力同样来自于太阳辐射中的高能粒子,碰撞氧原子获得逃逸速度,而地球大气高层的逸散层每天都在逃逸大量的大气,据估计每年约有超过十万吨的气体从大气顶层逃逸!

所幸的是地球气体补充能量十分强悍,主要来自于水蒸气的热解,火山喷发的大量气体以及星际尘埃和彗星类天体补充地球丢失的大气与质量!据估计每年进入地球大气层的物质超过20万吨!

当然即使地球7.9千米/秒的环绕速度,以及11.2千米/秒的逃逸速度都留不住氢分子,月球就更不用说了,它留不住绝大部分气体分子!当然极其微量仍是有的,在月球的大气中,每立方厘米大约只有100个分子(地球大气每立方厘米约有1000亿分子),所以直接忽略吧!

三、相传月球曾经拥有过大气层?

如果要这样来形容打个擦边球也可以,在月球形成初期的火山喷发中确实有这样的说法,根据雨海盆地的熔岩量计算出月球在35亿年前内部大约喷出了10万亿吨气体,按月球体积与大气分布计算,这个大气压约为火星1.5倍,当然火星的大气压也仅仅是地球的1%而已!不过月球质量太小,并不能有效留住气体,最终它还是落了个如此孤家寡人的下场!

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