它会,温度也会。让我们假装我们有超人的微观视觉,可以看到大气中的每一个分子。我们会看到这样的东西:
我们会看到一个混乱的场景——分子在周围快速移动,相互碰撞,碰撞地面,以及碰撞路径上的任何东西。地球上大气的大部分(约78%)是氮。在25摄氏度(77华氏度),氮分子的平均速度约为511米/秒(1676英尺/秒)。让我们想象一下,红场(图中)突出的分子最近从地面反弹,并以每秒511米(1676英尺/秒)的速度径直向太空移动。它会保持这个速度吗?它会逃跑吗?有可能它会撞到另一个分子,它的轨迹会改变,但我们假设它不会撞到另一个分子。会发生什么呢?艾萨克爵士说了什么?
艾萨克爵士的第一运动定律告诉我们……
任何物体都将保持静止或匀速直线运动,除非在外力的作用下被迫改变其状态。
只有一个力作用在我们唯一上升的分子上——重力。
每隔一秒,重力就会使我们唯一的分子减速9.8米/秒方(32.2英尺/秒方)。所以我们可以计算出分子的高度:
初速度是511米/秒(1676英尺/秒)加速度是-9.8米/秒方(-32.2英尺/秒方)高度达到13,322.5米(43,709英尺)。一旦分子达到这个高度,它的垂直速度就会为零,它就会开始下降。这些数字是地球的。火星的质量较小,所以引力较弱。它也更冷,所以大气分子的热能更低。
那么,分子要运动多快才能逃脱呢?有一个概念叫做逃逸速度,它决定了一个没有推进力的物体在重力作用下的减速速度。这个想法是物体会持续变慢,但重力会随着物体离我们越来越远而持续减弱。在逃逸速度下,速度会在无穷远处达到零。
为了逃离行星的大气层,气体分子的运动速度必须超过行星的逃逸速度。
主要的逃逸机制是热的,所以我们比较了分子的速度(由温度决定)和逃逸速度(由质量决定,因此行星的引力决定)。这张图显示了各种常见的分子和行星。
从图中我们可以看出,外逸层(木星的上层大气)的温度不足以让气体分子超过木星的质量,但氢和氦都能逃离火星。
还有其他机制为这些气体分子提供能量,如灾难性的碰撞,但热是主要的评估机制。