為什麼地球上的空氣不會流入太空?

這輩子都不可能中獎的



地球上的空氣每年都在向太空中流失,只不過流失的空氣量和地球的空氣總量比起來微不足道,地球大氣層中的“逃逸層”中的空氣每時每刻都在流入太空,每年都能流失幾十萬噸空氣,可惜地球的空氣總量是6000萬億噸。

地球的空氣之所以不會全部消散在太空中是因為兩方面的原因,第一個原因是地球本身的引力牢牢的把大氣層“吸附”在身上,就跟我們被地球引力吸附在地球上一樣,質量驚人的大氣層也被地球引力所吸附。我們知道如果物體想擺脫地球引力的吸附,那麼就需要達到11.2km/s才能跑出去。

而逃逸層之所以每年逃走幾十萬噸大氣就是因為逃逸層處於大氣層的邊緣部分,受到的地球引力非常小,該層的空氣粒子運動速度又非常高,所以輕輕鬆鬆就逃脫了地球的引力魔掌流失到了太空中。


地球大氣層沒有消失的第二個原因就是因為地球磁場的保護作用,其實地球一直在接受太陽風中的高能帶電粒子的“洗禮”全靠地球本身的磁場擋住了太陽風,不然地球大氣層就會被太陽風慢慢剝離最後完全消失,地球就會變成一個沒有生命的地獄。

早期的火星上也是擁有液態水和稠密大氣層的,就是因為火星磁場的減弱消失,導致太陽風不斷的帶走火星大氣層,大氣層越來越薄最後火星就變成了今天的樣子。


宇宙探索未解之迷


首先必須先給答案:切實和其他答主說的一樣,地球上的空氣並不是一點都不會流入太空,而是逸入太空的很少罷了!

地球的空氣

我們都知道是圍繞在地球外圍的,其主要的原因就是地球的引力作用,雖然空氣質量很輕,但它總歸有質量,因此空氣和地球之間也就存在著引力作用。

所以這也就解釋了為什麼海拔越高空氣越稀薄,很大的原因就是隨著距離增加引力就會變小。那麼當到達一定高度後,空氣成分中比較輕的氣體自然會“逃出”地球,去見識外面的花花世界。


雖然每年逃逸到太空的大氣約幾十萬噸,和空氣總質量約6000萬億噸來比就顯得九牛一毛了,更不用說地球這個巨大的生態圈會彌補這一損失。

從計算來看氫氣的逃逸過程

我們都知道不同氣體的摩爾質量是不同的,而氣體分子在無時無刻做著熱運動,具有動能,使氣體分子散逸,另一方面又受地球引力的作用,該作用阻止氣體分子逃出大氣層。這兩個過程相互制約,但對於不同的分子效果不同。


所以我們將氣體分子能夠擺脫地球引力作用擴散到太空中去所具有的速度叫逃逸速度。接下來我們就粗略計算下:

首先給出氫氣和氧氣的摩爾質量:

然後算出兩種氣體的平方根速率(氣體分子速率不同,我們只能用平方根速率來定性考慮)


可以看出明顯氫氣的速率大得多!而逃逸速度大小可通過分子熱運動動能等於相對無窮遠的引力勢能求出!最後我們把氣體在大氣中的逃逸速度與方均根速率數值加以比較,便可對上述問題加以說明,二者之比為:

代入具體數值可以得到各種氣體的K值:氫氣:5.88 氧氣:23.53 水蒸氣:17.65 氦氣:8.32 氮氣:22.0 氬氣:26.31 二氧化碳:27.59!明顯會發現氫氣與氦氣最小,這也就是為什麼大氣中氫氣與氦氣含量特別低的原因之一。


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科學認識論


首先,地球上的空氣並不是不會流入太空,事實上地球上空氣的最外層,也就是逃逸層每時每刻都有愛流入太空,而“逃逸層”這個名字也恰好詮釋了這種現象,太陽風隨時都會吹散空氣外層的氣體!

不過地球上的空氣太過龐大,科學家們估計達到6000萬億噸重,而每年流入太空的空氣不過幾十萬噸而已,照這個速度地球上的空氣足夠流失百億年了!

同時,由於更輕的氣體會在空氣的上層,意味著逃逸層流入太空的氣體多是氫氣或者氦氣!

那麼如此多的空氣為何被地球牢牢鎖住呢?

地球強大的引力是很重要的因素,引力牢牢地保護著服務我們生命的空氣,同時也是我們立足於地球的根基!

除了地球引力,強大的地球磁場同樣對扛著猛烈的太陽風,不然即使再多的空氣也很難對抗太陽風的力量!

我們的鄰居,火星,就是一個因為失去磁場的保護而失去了空氣的最高例子,沒有了磁場,太陽風可以長驅直入,肆無忌憚地破壞火星上的大氣!

所以,我們應該感謝老天給我們的一切,也更應該保護我們的地球近乎完美的環境,不讓地球成為第二顆“金星”,因為失控的溫室效應而成為“地獄”!


宇宙探索


地球上的空氣當然在流入太空,而且一直在向太空逃逸。只不過對於整個濃厚的大氣層來說,數量顯得微不足道。

由於地球是個巨大的物質體,能夠對周邊的物質形成引力場。在引力場中,空氣被牢牢地吸引住了,並在地球磁場的保護下,形成了數千公里的大氣圈。

氣體的密度隨著距離地面的高度增加而減少。科學家們曾經在探空火箭的幫助下,發現遠離地面3000公里的高空,仍發現有稀薄的大氣。有人認為,大氣圈的邊界,可能延伸到離地面6400公里左右。

地球上的大氣圈一般分為

對流層、平流層、中間層、熱層(暖層)和逃逸層(散逸層)。

對流層最貼近地面,大氣活動劇烈,風雨雷電都發生在這一層。這一層的厚度約為16公里左右,極地與赤道地區厚度相差很大。溫度隨著高度而降低。

平流層距離地面約50公里,大氣比較穩定,臭氧層就在這一層,溫度隨著高度而升高。

中間層距離地表80公里左右。高度增加,溫度會降低。進入大氣層的流星,基本上都被燒燬在這一層。

熱層是從80公里到500公里的大氣圈,這一層溫度極高,隨著高度的增加而迅速升溫。

逃逸層在熱層以上,這層空氣在太陽的紫外線和宇宙射線的作用下,大部分會發生電離現象。逃逸層空氣極為稀薄,最高處其密度與太空密度相同。

由於這裡的空氣受地心引力影響很小,氣體可以從這層飛出地球引力範圍,而進入太空。

當然,空氣中的各類氣體分子由於摩爾質量的不同,能夠逃逸到太空的比例是不同的,氫氣和氦氣的質量較小,所以,最容易逃離成功。

而二氧化碳、氬氣、氮氣、氧氣和水蒸氣等,因其摩爾質量較重,逃逸的就很少。所以,地球大氣圈裡,氮氣、氧氣和二氧化碳的比重非常之大,氫氣幾乎消失不見了。

目前科學家們對於逃逸層的上界,還沒有統一看法。而實際上,散逸層從地球到太空是個逐漸過度的過程,並沒有明確的界限。

所以,人類可以說是生活在地表上,也可以說是生活在地球大氣圈內部。


史海探奇


誰說地球上的空氣不會流入太空的?地球上的空氣可以流入太空,只是不多罷了。


據統計,地球上的空氣每年會流失幾十萬噸,但是相對於總量6000萬億噸來說,這算不了什麼。在地球引力作用的束縛下,地球大氣層牢牢包裹在地球的外圍。地球空氣超過95%的都在幾十千米以下的大氣層內。

我們都知道海拔越高空氣就越稀薄,但是太空中並非是完全真空的,科學家發現,哪怕是距離地面幾千千米遠的太空中,依然有空氣分子存在。雖然在我們看來,空氣很輕,但是空氣總歸是有質量的,空氣分子也會受到地球引力的束縛作用。


分子無時無刻不在進行著永不停息的分子熱運動,並且具有動能,溫度越高的話,分子熱運動的平均動能也會越大,但是哪怕對於處於同樣狀態下的氣體分子來說,它們的動能也是有區別的。有的分子熱運動的動能很小,小於平均動能,而絕大多數都是在平均動能的附近,但是也會有很小的一部分氣體分子的動能非常大,大到足夠可以掙脫地球的束縛而跑到太空當中去。

地球大氣層有一個地方被稱之為逃逸層,那些脫離地球束縛的氣體分子,就是在逃逸層的邊緣。對於不同的氣體分子來說,逃逸的難易程度是不一樣的,那些摩爾質量小的氣體,不僅更容易跑到地球大氣層的上空,而且也更容易從逃逸層逃離。最容易逃逸的要數氫氣和氦氣,這或許也是為什麼地球大氣中氫氣和氦氣含量比較少的原因。即使原始地球大氣中氫氣和氦氣含量也不少,但是卻慢慢逃離地球了。


按照地球大氣的逃逸速度,即使是空氣沒有得到補充,完全逃逸也需要幾百億年的時間,更不用說地球大氣還可以得到補充。當然了,地球大氣為什麼很難逃離地球不僅僅是因為地球引力的作用,地球磁場也功不可沒。那是因為太陽風中的高能粒子時時刻刻都在想法設法把地球上的大氣層給剝離掉,但是好在地球有磁場保護,才使得太陽風不能肆虐到大氣層的內部。火星就不一樣了,雖然火星上也有大氣層,但是流失的速度卻太快了。火星原本的大氣層比現在要濃厚得多,但是在太陽風的肆虐下,大氣被一點一點抽走,就是因為火星上沒有磁場。如果地球也沒有了磁場的話,那麼地球大氣也會要不了多久就會流失乾淨,地球上也就不會有生命存在了。


鏡像宇宙


答:地球上的空氣,是會流向太空的,並非你認為的不會流向太空。


首先,地球引力束縛著大氣,使得大氣層緊貼地面,而且越接近地面,大氣層的密度越高。



因為氣體中也遵循浮力原理,所以越輕的氣體,越容易跑到上層,比如氫氣和氦氣等等,這些氣體到達大氣層上方後,因為太空是真空的,所以這些氣體會擴散到太空中去。


而且地球受太陽風的影響很大,導致這些氣體被“吹”向背朝太陽的一面。



據估計,地球大氣總重約6000萬億噸,每年逃逸到太空的大氣約幾十萬噸,就算地球大氣不再補充,都足夠地球逃逸數百億年。


而且對於部分氣體,地球還能通過生物鏈,把地面以下的元素轉為為空氣成分,但是總的來說,地球每年擴散掉的氣體,相對於總體來說是很少的。


更重要的,從氣體速率分佈公式——玻爾茲曼-麥克斯韋分佈來說,能達到地球逃逸速度的,畢竟是少數。




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艾伯史密斯


地球上的空氣不會流入太空?錯了!會流入太空!

但是太少了!微乎其微,別說讓人類感覺到,估計地球自己也感覺不到吧。以至於給人造成假象,好像地球大氣會一直保持這樣的狀態。但是為什麼地球空氣不像火星,月球那樣是稀薄的大氣呢?這裡簡單列舉兩個原因!

第一,萬有引力。萬有引力對於一切有質量的物體都起作用。地球大氣的厚度在1000千米以上,雖然我們都知道空氣的質量很小,但是厚度高達1000千米的大氣層其質量不可小覷,地球大氣大約有5*10^15噸!和地球總質量的比率大概在0.86/1000000!既便如此,地球還是對它有極強的吸引力!單單是為了抵抗地球自轉和公轉的話,萬有引力的力量是足夠的了。

第二,地球磁場!地球磁場會和大氣分子作用,在地球大氣最外層形成一層電離層,這是一層由帶電的氣體組成的保護層。我們的大氣時常面臨的危險就是太陽風,而太陽風就是狂暴的帶電粒子風暴。

火星之所以沒有一個強大的磁場,就是因為火星在磁場消失後,並沒有及時產生一個新的磁場,所以才被太陽風暴蹂躪的一片荒蕪。如果地球磁場消失的話,單靠萬有引力那點力量,幾次太陽風就把地球上的空氣給吹跑了!

此外,多多少少還有大氣分子之間凝聚力的原因。但是作用很有限了。

即便在如此強大力量的保護下,地球大氣仍然不免有大氣逃逸的危險。最明顯的情況就是,幾年前的南極臭氧空洞,以及時常發生的極光現象。極光現象就是地球電離層和太陽風粒子作用的結果,看上去很美麗,其實很危險!保護環境,不但要保護大氣環境,保護地球磁場更是重中之重。


宇宙偵探喵星人


首先空氣會流入太空,只是非常少。因為隨著海拔的升高,地球對其的引力也在減弱,對於一些運動速度較快的粒子就無法束縛;還有一些由於受到太陽輻射導致升溫、或者太陽風的侵襲,都可能會脫離地球。




根據金斯定則,如果氣體粒子的方均根速率是地球表面逃逸速度的5倍或者4倍,那麼它就會逃逸。


見上圖,R是理想氣體常數、T是溫度、M是氣體的摩爾質量

比如質量較輕的氫氣和氦氣就在不斷的逃逸出地球


此外在大氣層的劃分中,最外層叫作散逸層,顧名思義這部分的氣體會不斷的逃逸出地球。這層的範圍比較大,一般定為海拔在800千米到3000千米之間。


和下面的熱層類似,由於太陽充足的短波輻射,導致溫度非常高(也即是粒子運動速度非常快,不過因為氣體的密度實在過於稀薄,不會對航天器造成破壞),所以這些零散的氣體就會輕易逃離地球。

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賽先生科普


地球擁有大氣且大氣未流入太空,原因有兩個方面:

1.地球的重力

地球的重力巨大,導致地面上的物體想要脫離地球至少需要11.2km/s的速度。對於空氣分子來說也是,想要脫離地面進入太空,速度必須夠高。當然了,接近太空處的空氣分子倒是不需要太大的速度就可以跑出地球進入太空,但是這裡的空氣缺很稀薄,即便是少部分空氣分子偶然獲得動力跑出了地球,相對於整個地球空氣量來說幾乎可以忽略掉。



2.地球磁場的保護

火星上曾經也有稠密的大氣,可惜的是因為火星磁場的消失,導致了太陽風可以直接吹到火星大氣。因此短時間內就導致了火星的大氣被太陽的給吹走了。而地球上就是因為磁場的存在,所以使得太陽風完全進入不了地球大氣範圍內,從而使得地球大氣完美地保存了下來。如下圖所示:



當然了,地球自身也可以循環補充大氣。比如有的微生物可以直接分解有機物變成二氧化碳、氧氣、氮氣等氣體。如下圖分解產生二氧化碳:


科學探秘頻道


地球上的所有物質,別管質量大小,都要受到地心引力的束縛作用,想要掙脫地球的懷抱就必須得達到較高的速度才行。

我們都知道要掙脫地球的懷抱,速度需要達到11.2km/s,這個速度看起來很誇張,但是,一些較輕的氣體分子在地球的散逸層中,由於吸收了太陽輻射的能量,導致運動速度極快,還是有可能逃逸出地球的範圍的。

所以題目的表述並不完全正確,在地球的散逸層(海拔800km以上,一直可以延伸到3000km以外),每年流失的質量在幾十萬噸左右。

那什麼樣的氣體分子會有大的概率逃脫出去呢?

比如氫與氦,它們是宇宙中最輕的元素,也是含量最多的。在地球外層大氣中很容易達到較高速度然後一去不復返了。

像氮氣、氧氣就不行了,它們較重,都在地球大氣層內層,基本上沒有逃離地球的可能性。

那會不會有朝一日地球的大氣層都跑完了呢?

不用擔心,有損失也有補充,這便是大自然的平衡。


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