這可能很多朋友在科普行星磁場時(shí)各位朋友碰到的最大難題，因?yàn)橥瑯釉跊]有磁場（極微誘發(fā)磁場）的條件下，火星只有一個(gè)大氣壓只有地球大氣壓1%的二氧化碳大氣層，而金星卻有一個(gè)大氣壓是地球92倍、二氧化碳含量超過96%的超級大氣層，這如何解釋？下面來探討一下這個(gè)有趣的話題。
一、為什么有的行星有大氣層，有的沒有大氣層？
這個(gè)問題要從兩個(gè)方面著手，一個(gè)是組成大氣的氣體，另一個(gè)則是行星本身。
1、氣體分子運(yùn)動以及速度
這個(gè)問題其實(shí)比較容易解釋，因?yàn)槲覀冞@個(gè)宏觀世界的所有物體都有一個(gè)溫度，而這個(gè)宏觀溫度的表現(xiàn)在微觀領(lǐng)域就是分子運(yùn)動的劇烈程度，因?yàn)闅怏w分子之間的間隙比較大（一般超過分子直徑的十倍以上），因此氣體的分子運(yùn)動速度更為快速一些。
分子運(yùn)動的理論建立在玻爾茲曼方程的基礎(chǔ)之上，分子運(yùn)動速度可以用如下方程來計(jì)：
V=√3kT/m=√3RT/M
上述公式中，m為質(zhì)量，M為摩爾質(zhì)量，千克/摩爾，k為玻爾茲曼常數(shù)：1.380649 × 10^-23 J/K
假設(shè)T=300K時(shí)氫分子的運(yùn)動速度，將各項(xiàng)參數(shù)帶代入公式可計(jì)算得1934米/秒，一般取值1900m/s就大致是正確的。
同樣條件下，氧分子的運(yùn)動速度就只有460米/秒。
2、行星對大氣層的束縛能力
我們根據(jù)第一宇宙速度可以計(jì)算得地球的環(huán)繞速度為7.9千米/秒，逃逸速度為11.2千米/秒，氫分子似乎會老老實(shí)實(shí)留在地球上？完全不會，首先它密度很低，會跑到氮氧組成的大氣層頂。另外在大氣層頂會受到太陽輻射中的高能紫外線的照射獲得極大的能量，其分子運(yùn)動速度將會超出地球的逃逸速度，因此氫分子這樣的氣體在地球上是呆不住的。
月球就更不用說了，比如氫分子的運(yùn)動速度直接就超過了月球的環(huán)繞速度1.8千米/秒，所以它根本不可能呆在月球上。
3、行星的磁場
行星的磁場很重要，因?yàn)樵谔栂祪?nèi)的星際空間，不只是紫外線，還有太陽風(fēng)中的高能粒子也會轟擊地球，但這些高能粒子都帶電，會被磁場偏轉(zhuǎn)，因此落向地球的高能帶電粒子也就在兩極轟擊高層大氣激發(fā)原子中的電子引起極光而已，但如果沒有保護(hù)就不一樣了，太陽風(fēng)將直接轟擊大氣層，年長日久，行星大氣被逐漸消耗，最終只剩下火星那樣的孤家寡人。
正常情況下我們解釋行星為什么會有大氣和磁場的重要性，上文就已經(jīng)說完了，但仍然有一個(gè)關(guān)鍵的問題沒有解決，為什么金星離太陽那么近，太陽風(fēng)理應(yīng)比火星強(qiáng)很多倍，為什么金星還有濃密的二氧化碳大氣層？
二、光解的秘密
上文我們說明了氫元素逃逸地球的過程，但其實(shí)水汽也會在紫外線的轟擊下逃離地球，具體過程我們來簡單介紹一下！
1、水的逃逸：
水分子有2個(gè)O-H嗎，因此H2O的化學(xué)鍵能是928KJ/mol，大約為9.67eV
這個(gè)參數(shù)很重要，因?yàn)橹灰艿降墓庹漳芰扛哂谒肿拥幕瘜W(xué)鍵能時(shí)，水分子的化學(xué)鍵就有可能斷裂，而紫外線的能量與波長是不一樣的，比如：
紫外線400nm 3.1eV
紫外線300nm 4.1eV
紫外線200nm 6.2eV
紫外線100nm 12.4eV
我們可以發(fā)現(xiàn)100nm的紫外線下照射下，水分子的化學(xué)鍵斷裂，分解成氫和氧，氧原子與氧分子結(jié)合形成O3，這就是臭氧的來歷，因?yàn)檠醯拿芏缺容^大，比重也比較大，分子運(yùn)動速度相對比較低，它很難從大氣層中逃逸！當(dāng)然解離后的氫就拜拜啦。
2、金星大氣層中的二氧化碳能逃逸嗎？
二氧化碳中的碳氧雙鍵鍵能是803KJ/mol，大約為8.36eV，看起來150nm的紫外線即可輕松解離，當(dāng)然這不是關(guān)鍵，而是解離后的碳和氧的去處！
氧的去處和地球上的氧命運(yùn)類似（金星和地球大小質(zhì)量類似，逃逸速度相差無幾），可能會與氧分子構(gòu)成臭氧，這從2011年“金星快車”在金星大氣層上100千米處觀測到臭氧的光譜特征得到證明，不過其濃度只有地球臭氧層含量的1%。應(yīng)該是分解出來的氧原子在金星的背向太陽的一面形成。
那么碳的去處呢？理論上碳元素比重比較大，在金星大氣層中可能會沉降到表面，但金星大氣層的超級風(fēng)暴會讓這個(gè)可能性大大降低，不過反倒可能是金星大氣層中的二氧化三碳和三氧化二碳的多余氧原子和碳原子來源。
即使被高能紫外線解離后的碳和氧依然沒能逃離金星，不過金星可能存在的水卻逃逸了，想想似乎有些不可思議，水是液體，二氧化碳是氣體，居然氣體留下了，液體逃走了，這個(gè)世界實(shí)在太奇妙。
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