本文会出现少量公式，可能引起不适，但不看公式不影响您的阅读。
前言
我们生活在一个蔚蓝色的星球上，生机盎然。
地球，有着恰到好处的位置，恰到好处的质量……
而我们的邻居——火星，就显得没有那么幸运。
距离又远，质量又小；大气不够，沙暴还不少。
火星表示：
太阳系的行星丰富多彩，水星几乎没有大气，金星有着高压的浓厚大气，火星大气稀薄，木星、土星、天王星、海王星是典型的气态行星。
致使它们大气成分如此不同的原因，大多数人都会想到——质量。有了足够的质量，就有了足够的引力，才能把大气牢牢“锁住”。
除此之外还有什么呢？
决定大气逃逸的因素
把大象塞进冰箱要用三步，但飞出地球似乎更简单，只要一步——把你以足够大的速度扔出去。
这个最小的速度叫逃逸速度，就是第一宇宙速度
大气就是由许许多多的各种气体分子组成的，这些分子速度各异，其中就有一些厉害的速度很快，达到了逃逸速度。
什么样的星球可以更好地锁住大气呢？
质量越大，逃逸速度越大，气体越难逃逸。
半径越小，逃逸速度越大，气体越难逃逸。
每个天体有不同的逃逸速度。还记得被木星引力吸过去的小破球吗？
那么气体分子的速度是怎样的呢？
根据我们小学学过的分子动理论的知识可以知道，气体有一个方均根速率 ，可以代表粒子速率的一般情况，它近似等于平均速率。
什么样的气体速度越大、越容易逃脱地球吸引呢？
从公式可以看出：
温度越高的气体。例如，刚刚出锅的菜，我们可以远远地闻到香味，但冷却后却很难闻出味道。
相对分子质量越小的气体（或者说越轻的气体）。例如小时候玩的氢气球，万一不小心没有抓住，就飞走了，说明氢气比空气“轻”。
金斯定则
在行星科学中，有一个经验性的定则——
金斯定则。该定则指出：
通俗地说，就是这个气体分子平均速率足够小，就逃不出去。
结合上面的描述，一通操作之后，我们得到了，如果这个气体想要保持在该天体的大气中，至少需要的相对分子质量 为：
综上所述，行星大气是由什么因素决定的呢？
温度越低的星球
质量越大的星球
半径越小的星球
当然，质量和半径有一定的关系，这几个参数我们不能分开比较。
并且，这只是理想状态。在太阳系中，行星无时无刻不在收太阳风的侵袭，就像魔爪剥去厚厚的大气。（这个很重要）
下面我们看看综合在一起会是什么情况。
八大行星举例
水星
水星基本参数
水星与地球大小对比
水星几乎没有大气。水星体积和质量决定了它留不住轻的气体（如氦气和氢气）。
另外，它的特殊位置——离太远最近，决定了它的大气会被太阳风剥离。
水星大气十分稀薄，基本上是来自于太阳风吹来的氦气和氢原子。
水星大气成分（括号中的数字是相对分子量）
金星
金星基本参数
金星与地球大小对比
金星的大小和地球十分相似。不过也难以束缚太轻的气体，而氮气和二氧化碳却可以被束缚。
但为什么氮气可以束缚，而氧气却不行呢？
氧气是很活泼的气体，比如铁放久了会生锈，这是氧参与的反应。氧气的释放，需要生命，而生命需要水。
由于金星的磁场非常弱，太阳风就可以毫无缓冲地撞击金星上层大气。强烈的太阳风让金星上层大气水蒸气分解为氢和氧，氢原子因为质量小逃逸到了太空，而氧元素则与地壳中物质化合。于是大气中便没有了氧。
看来，罪魁祸首又是“太阳风”。
金星大气成分（括号中的数字是相对分子量）
地球
地球基本参数
地球想必不用多介绍，她是我们赖以生存的家园。
地球的气体种类很丰富，下面只是选取占比较多的气体。
地球的优势在于，水可以被束缚，绿色植物通过光合作用产生了氧气，我们得以在地球上自由呼吸。
地球大气成分（括号中的数字是相对分子量）
火星
火星基本参数
火星与地球大小对比
火星比地球小。
很多人都猜测火星有生命，探测生命一直是人类火星探测的热门话题。
目前科学家证实，火星曾经有水。但它的水也是经过很多年的蒸发，流失到了到太空，导致了如今的荒凉。
火星大气成分（括号中的数字是相对分子量）
木星
木星、土星、天王星、海王星都是太阳系中的大质量气态行星。大气具有相似之处。这里只举出木星一例。
木星基本参数
木星与地球大小对比
木星比地球大太多了，所以结构和地球以及其他三个小的岩石行星有很大不同。
木星的μ仅有0.0242，这使得氢气和氦气可以被木星牢牢锁住，不能逃逸到太空中。
木星有大量氢气，这才有了流浪地球中吴京炸木星的情节。
流浪地球剧照
木星大气成分（括号中的数字是相对分子量）
于是你知道了，像地球这样大小的行星为什么不会变成木星那样的气态行星——因为地球质量小，不能束缚大量气体。
下图是“专家号”探测器拍摄的火星大气图像数据。
“专家号”紫外谱仪成像（图源：APOD）
图1，蓝色的是氢气，可以直观看出氢气弥散在火星周围，正逐渐被剥离。
图2，绿色的是氧气，氧气分子质量较大，可以很好地固定在大气中。
图3，行星表面，可与1、2图作对比。
图4，三种图的叠加。
注：本文为让没学过物理的同学得以看懂，有些地方做了简化。
参考文献
1. 刘玉鑫. 热学. 北京大学出版社
2. 高崇伊. 行星大气的金斯逃逸. 兰州大学物理系
閱讀更多 星跡月影 的文章
