火星大气层稀薄是什么原因造成的

火星大气层稀薄是什么原因造成的?
质量、引力、磁场等等多种因素,火星质量太小,引力不足以束缚大气层中的分子。火星磁场微弱,太阳风中的多数带电粒子可以进入火星大气层中,并激发给大气层中分子能量,从而导致分子快速逃逸到外太空去。除了这些,还有很多因素,本文将为您解答。

 

 

 

简单了解下火星大气层

火星的大气层主要成分是二氧化碳。火星表面的平均大气压约为600帕,地球平均海平面气压约为101.3千帕。其范围从最低的奥林帕斯山顶的30帕斯卡到最高超过1155帕斯卡的希腊平原低点。这种压力远低于未受保护人体的阿姆斯壮极限。火星的大气质量约为25万亿吨,而地球约为5148万亿吨;火星大气层的高度约为11.1公里,而地球大气层高度约为8.5公里。

火星大气由大约96%的二氧化碳、1.9%的氩、1.9%的氮和微量的自由氧、一氧化碳、水和甲烷等气体组成,平均摩尔质量为43.34g/mol。自从2003年检测到甲烷的痕迹以来,人们对其组成成分又重新产生了兴趣,这些痕迹可能表明生命的存在,但也可能是由行星化学过程、火山活动或热液活动产生的。

大气中尘土飞扬,从表面看火星天空呈浅棕色或橙红色;来自火星探测车的数据表明悬浮粒子的直径约为1.5微米。

 

引力束缚影响大气层

一般来讲,质量的大小影响着引力的大小,我们拿金星与火星作为比较吧。金星质量是火星的7.59倍,因此引力也比火星大。由于金星大气层温度高,分子动能也就高,但是引力的束缚也很大,引力的大小也影响了分子的逃逸速度,金星的逃逸速度约为10.36 km/s,而火星只有5.03 km/s。所以可以看出稍微给火星大气分子一点能量,就可以逃逸出去,而金星则是它的2倍。虽然太阳风的带电粒子撞击大气层中的分子,会给予能量,让分子具有更高的速度,但是带电的高能粒子只能给予部分能量,然后会撞击到其它大气中的分子,这些分子又会传递给下一个,所以在能级上,越往后传递,能量就越弱了。再加上引力的束缚,因此大气中的分子就流失的很少了。由于金星的引力比火星更大,因此要想和火星一样,可有多种方法中的一种来解决,就是金星的大气温度必须更高,这样分子才有动能逃出。

 

磁场作用影响大气层

 

磁场薄弱也会影响大气层中空气的流失比例,因为太阳风会“赶走”大气层中的空气分子。太阳风中含有大量的高能带电粒子,行星磁场的作用,就可以偏转这些带电粒子,并且束缚它们沿着磁场线到达极地。如果磁场微弱了,那么太阳风的带电粒子就不受束缚了,直接撞向大气层中的分子,使得分子获得更多的能量。这样以来,分子的动能就增加了,速度也就增加了。由于火星的逃逸速度低,所以一旦到达这个速度,那么分子就“逃出”了火星的引力,“跑到”外太空去了。

根据推论,火星大约在45亿年前遭到冥王星大小般的天体撞击,而后形成了火卫一和火卫二,从而导致了内核热能向地幔移动,进而内部的搅拌逐渐停止,无法以“发电机理论”持续对流生成磁场。由于火星的体积和质量都比地球小,所以其相对表面积与体积反比较大,因此火星核心也冷却得比地球的快,地质活动变慢,磁场和板块运动逐渐消失。太阳风带电粒子带走大气分子使得大气变薄导致气压偏低,而造成液态水在低温就会沸腾、无法稳定存在。

虽然火星没有构造全球磁场的直接证据,但是观测数据表明,火星的部分地壳已经被磁化了,这表明过去曾发生过偶极场交替极性反转。古地磁学中的磁敏感矿物与在地球洋底上发现的交错带相似。在1999年发表并于2005年10月(在火星全球勘测者的帮助下)重新检验的一个理论指出:这些带表明40亿年前,在行星发电机停止运转和地球磁场消失之前,火星上存在板块构造活动。

 

在1994年,欧洲航天局的火星快车号在南半球发现了一种来自“磁伞”的紫外线。这表明火星没有一个可以引导带电粒子进入大气层的全球磁场。火星有多个伞形磁场,主要分布在南半球,这是几十亿年前退化的全球磁场的残余物。

 

其它原因影响大气层

除了上述原因外,还有火星自身的原因。火星的地核被硅酸盐地幔所包围着,形成了行星上许多构造和火山特征,但它看起来是休眠的。要知道火山活动会释放大量气体到大气中,但是目前尚无证据显示最近的火星有热点在活动。火星最后的火山活动可能是由奥林帕斯山造成的,因此,现在要在火星上找到活动的火山可能性相当低。没有火山活动,就会导致没有气体的补充,所以大气空气分子流失比列就会更大。

 

参考资料

1.WJ百科-英文版

2.所有数据参数引用自 NASA-Planetary Fact Sheets

 

文章作者:零度星系(天文在线)

审核人员:北极光

最终审核: 零度星系

编辑用时:2018年09月22日-2018年09月23日

审核用时: 半个小时

最后更新2018年11月26日星期一

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全文排版:天文在线(零度星系)

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