03.03 土衛六是如何維持住大氣的?

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雖然我們的地球只有月球這一顆衛星,但是在太陽系中,衛星的總數卻有近200個,比如木星有79顆衛星,土星有60多顆衛星,天王星有30多個衛星,海王星也有十多顆衛星,就連質量很小的火星都有兩顆衛星呢。



但是在這些所有的衛星中,只有土星的土衛六有自己的大氣層,而且其大氣層比我們地球的大氣層還很濃厚,其表面氣壓相當於地球的1.5倍,而反觀比土衛六質量更大的行星水星和火星都沒有自己的大氣層(火星上面有稀薄的大氣,表面氣壓相當於地球的0.8%),比質量更大的衛星木衛三上也沒有大氣層。土衛六這個衛星怎麼這麼特殊呢?


我們知道,行星的大氣層通常都需要磁場來維護,比如我們的地球有大氣層,就是因為地球有磁場在保護大氣層,水星和火星沒有大氣層,很大程度上就是因為火星和水星都沒有磁場,但是土衛六也沒有自己的磁場,為啥它卻有大氣層呢?

土衛六有大氣層主要基於兩個原因,第一個原因就是土衛六實際上在土星磁場的保護下,雖然土衛六沒有自己的磁場,但是土星的磁場很強大,其範圍延伸到了土星表面的一百多萬公里外,土衛六的運行軌道基本上就在土星的磁場內運行,所以它能避免被太陽風吹襲。



第二個原因就是土衛六的質量足夠大,它比我們的月球質量還大一些,也比我們的月球體積大,所以它能吸附一些空氣,它所吸附的空氣主要來源於土星大氣層逃逸出來的氣體,可能有的朋友問了,那為什麼月球沒有大氣層呢?月球也可以吸收地球大氣層逃逸出去的空氣啊,這是由於兩個原因,一是地球的磁場還不夠強,通常在7萬公里外地球的磁場作用就很不明顯了,但是月球遠在38萬公里之外,另外一個原因是地月系距離太陽非常近,只有1.5億公里,這裡的太陽風比較猛烈,但是土星系距離太陽遠在14億公里外,受太陽風的影響就很少了。


可能有的朋友要問了,那為什麼木衛三這顆有自己磁場的衛星卻沒有大氣層呢?其實木衛三山也有著十分稀薄的大氣,只是相對於土衛六顯得十分稀薄,比火星大氣還稀薄,至於木衛三的大氣層為什麼和土衛六差別這麼大?原因還不是很清晰!


土衛六是太陽系第二大衛星,質量僅次於木衛三,它還是和地球表面環境最為相似的星球,比行星中的火星與地球更加相似,很多科學家相信土衛六上極大的可能有生命存在。比如土衛六上存在豐富的有機化合物和氮等元素,其大氣層中的氮含量比地球還高,與地球早期生命形成時的環境相似,而且土衛六上的氰和烴在一定情況下可生成腈,若被星球上的水冰水解生成羧酸和胺類物質,這兩者則可以生成具有對生命的形成具有重大意義的氨基酸,所以相對於太陽系其他星球,將來人類更有可能在土衛六上發現地外生命的蹤跡。


科普大世界


這個問題牽扯到一些數學計算,可能有點不太好理解。氣體要想逃離天體的引力束縛,其運動速度就必須高於該天體的逃逸速度。這是第一點。第二點就是不同氣體分子的質量是不一樣的,氫氣最小。在同一溫度條件下,不同種類的氣體分子具有相同的動能。這就意味著,同一溫度條件下,氫氣分子的平均運動速度最高,質量越大的氣體分子,運動速度就會越慢,也就越是難以逃逸。

再從頭開始分析,先分析一下氫氣分子在土衛六的命運。根據1/2mv^2=KT,其中T表示絕對溫度,K表示玻爾茲曼常數。土衛六的表面溫度大約是100開爾文,可以計算出,土衛六上的氫氣分子平均運動速度大約是0.8千米每秒。這個速度小於土衛六的逃逸速度4千米每秒。但是不要忘了,0.8千米每秒只是平均速度,總有一些運動速度非常快的氫氣分子存在,它們是可以逃逸的。只有氣體分子運動速度小於逃逸速度的1/5時,氣體才可以被牢牢束縛。所以土衛六不能有效的束縛氫氣。但是束縛氮氣和其他較重的氣體是沒有問題的。


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