地球有一個厚厚的大氣層,地表的大氣壓相當于每平方厘米一千克力,當然在八大行星中大氣層并非地球獨有,比如金星就有一個氣壓超過地球?qū)⒔?0倍的大氣層,從地球的一個大氣壓到金星的90個大氣壓,再到“木星”們的數(shù)千個甚至更高的大氣壓,但真空大氣壓幾乎就是零,這么高壓力的大氣為什么沒有被真空吸走?
天體為什么能吸引住大氣?
古希臘人認為,世界由土、水、氣和火四種元素所組成,四種元素中,土和水比較重,其天然處所在下因而它們有向下的天然運動;氣和火比較輕,其天然處所在上,因而它們有向上的天然運動!
這是古希臘人早期對于物質(zhì)的理解,其實這也將引力也混淆在內(nèi)了,但對于引力的概念,一直到1500多年以后的開普勒發(fā)現(xiàn)行星三大運動定律,都還沒有搞清楚天體為什么是這樣運行!在牛頓搞清楚了萬有引力后,所有的天體運動才變得明朗起來!
而且開普勒行星三大定律可以通過萬有引力推導出來而降格為定理,當然這不是壞事,因為人類認識了更深層次的科學!
天體的環(huán)繞與逃逸速度,如何才能逃離地球?
牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力后他就已經(jīng)考慮過怎么樣離開地球了,因為地球是一個球體,那么只要以足夠高的速度在地球上運動時,其圓周圓周運動產(chǎn)生的“離心力”就可以等于甚至超過重力,實現(xiàn)環(huán)繞地球運動而不落回地球上!
當然現(xiàn)實是必須在一定高度繞行,否則大氣層產(chǎn)生的阻力會非常大,無法保持這個速度!因此由這個“離心力”=引力的公式,可以簡單推導出第一宇宙速度,也就是環(huán)繞速度是理想狀態(tài)下,不考慮大氣阻力的速度!繼續(xù)加大速度則可以達到第二宇宙速度!實際操作大都是火箭快速送上高空離開大氣層,同時達到第一宇宙是速度。
分子運動論
知道引力和第一宇宙速度,就能明白大氣壓那么高卻不會逃入太空了嗎?其實還不行,因為只能用萬有引力解釋氣體被吸引在地球上不夠直觀,為什么氫氣就容易逃逸,而氧氣則會留在地球上呢?
十九世紀是熱質(zhì)說向分子熱運動論的重大轉(zhuǎn)變過程,科學界漸漸接受了溫度其實是微觀粒子的運動在宏觀的表現(xiàn),科學家對氣體運動的研究,也了解了我們看到的乖乖的氣體,其實都在不斷運動中,而且速度還不!
氫氧分子的運動速度
這些氣體在分子因為運動速度很高,所以它們都很活潑,而且在地球大氣層中,除了對流引起的風和氣旋等運動外,還會受到太陽輻射的轟擊,這會讓它們的原子獲得極高的速度,最終將超過地球的環(huán)繞速度甚至逃逸速度,慢慢向太空逃逸!地球大氣層中就有一個逸散層,這里的大氣原子都因轟擊在高速運動中,所以它們的溫度很高,也非常容易逃逸!
地球上每年都會因為這種狀況向太空逃逸幾十萬噸大氣,當然也不需要擔心某天大氣會跑光,因為在磁場的保護下,這個逃逸量還不足以改變地球的大氣環(huán)境,因為地球大氣總量高達6000萬億噸,而每年從太空進入地球的水和其它物質(zhì)也高達幾十萬噸,這些物質(zhì)的其中部分也會補充大氣,即使不補充,大氣層也跑不光,所以各位還是不必過于擔心!
廣義相對論下的引力與時空
其實在牛頓萬有引力中解釋地球為什么會吸引住大氣,為什么又有大氣從地球逃逸是完全沒有問題的,但對于普通人來說完全不夠直觀,因為需要理解一個天體引力的過程,但很多朋友仍然無法理解一個氣球為什么在真空中不會散開!因此我們在這里引用一個廣義相對論的引力概念,大家一看就明白了!
1859年法國數(shù)學家勒維耶在計算水星軌道時發(fā)現(xiàn)其觀測值和計算值有一個每百年38''的誤差,當時以為在水星和太陽之間還存在一顆行星,并且將其命名為祝融星,但很顯然不存在這顆行星,所以找尋沒有任何結果!