月球為什麼沒有空氣(圖)

2007年10月16日08:50  來源:人民網科技

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月球為什麼沒有空氣(圖)
  月球是否和地球一樣,也有大氣層,也有人類呼吸所需要的氧氣,也有植物呼吸所需要的二氧化碳呢?月球的科學探測結果明確告訴我們,月球上的大氣極為稀薄,約為地球上的一萬億分之一,這等於說,月球表面實際上沒有空氣。

  事實上,並非單是月球沒有大氣層。科學家還告訴我們,在太陽系60多個衛星中,除了土星的第六個衛星(“土星-6”)和海王星的第一個衛星(“海衛-1”)有大氣層外,其他衛星也沒有大氣。現代太陽系及其星體演化理論清楚地告訴我們,月球在過去的某個階段必然存在比現在濃密得多的大氣層。那麼,濃密的大氣層到哪兒去了呢?過去某個階段月球濃密的大氣層又是由什麼成分組成的呢?要回答這些問題,我們還得從太陽系形成的過程中尋找答案。

  原始太陽系是由大量的塵埃和氣體組成的。這些塵埃和氣體稱之為太陽星雲。其中的氣體主要是氫氣(約90%)和氦氣(約9%),其余1%的為氧、碳、氮、氬、硫、硅、鎂、鋁、鐵和鎳等元素的混合物。由於自身重力的作用,太陽星雲發生凝聚,中間部分聚集了最大的質量,演變為太陽。其他區域則根據離太陽的遠近、元素的揮發性的密度的大小發生分餾、凝集、形成大小不等的團塊——星子,由星子的相互吸積和堆積,最后演變成星、衛星和其他小星體。就氣體組成而言,根據各氣體元素的化學性質的不同,發生了一系列的化學反應,如氧與氫反應形成水蒸氣、氫和氮形成氨,氫與碳形成甲烷,從而形成主要由氦、氨、甲烷、水蒸氣和氫(由於原始星雲氣體主要成分為氫)構成的原始大氣層。此外,科學家們還告訴我們,這些行星和衛星在其早期演化過程中都發生了大規模的岩漿噴發作用,這一過程又釋放出大量的氣體,如二氧化碳和水蒸氣等。因此可推測到,早期的月球有相對較為濃密的,由氫、氦、氨、甲烷、水蒸氣和二氧化碳等構成的原始大氣層,那麼,其大氣層是如何消失的呢?

  星體能否保持其大氣層,決定於氣體分子的逃逸速度。所謂氣體的逃逸速度是指氣體脫離星體吸引而進入空間的最小速度。影響星體能否保持其大氣層的因素極為復雜,主要有以下三個要素。

  首先是星體的質量與大小。星體的質量和大小決定了其表面重力或表面引力。星體的表面引力吸引氣體分子,阻止氣體分子的逃逸。就月球而言,隻有當氣體分子的速度達到2.4千米/秒時才可克服月球表面引力而逃出月球。

  其次是溫度。我們知道,溫度越高,分子運動越快,溫度越低,分子運動越慢。因此溫度較高的星體的大氣層中有著更多的達到逃逸速度而進入空間的氣體分子。月球與水星就是由於離太陽近,溫度高,其組成大氣的分子運動太快而未被月球(水星)拉﹔相反,盡管“土衛-6”的逃逸速度(逃逸速度為2.5千米/秒)和表面重力都較小,但由於其離太陽遠,表面溫度低,大氣層的分子運動很慢,因此氣體容易被“土衛-6”拉住,所以“土衛-6”上有一定的大氣層。

  再次,組成大氣層的氣體分子類型對保持大氣層也起著重要的作用。大氣層中的氣體無時無刻不在相互碰撞,質量越小的氣體分子,由於碰撞作用而獲得的速度高於質量大的氣體分子而最有可能首先達到逃逸速度。月球由於質量過小,其表面引力和氣體逃逸速度太小,因此,原始大氣層中的氣體分子如氫、氦、氨、水蒸氣等的運動速度很容易達到逃逸速度而逃離月球,即使后來由火山作用而噴發出質量較大的氣體分子,如二氧化碳分子的運動速度也可達到月球上氣體的逃逸速度而逃離月球。

(責編:張文君)
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