在人类向宇宙深层走进时,会发现很多原来不知道一些现象。为什么有些星体有大气层,有些星球没有,在周围几乎是真空。
宇宙形成,目前一直观点是源于一场大爆炸,当然爆炸后必须生成一些气体和固体物体。星球形成,其实是这些物质收缩后形成的,当时这种是原始大气,但是这种原始大气受很多因素影响,星球自身质量,一切其他星体对原始大气吸引力。同时,某些星球原始大气在遇到其他星体碰撞,也会造成原始大气在获得巨大能量后逃逸。因为人类对太阳系认识比较清楚,我们以太阳系为例来说明。
首先太阳是太阳系中最大的物体.它拥有全部太阳系质量的99.8%
(木星具有剩余的大部分质量).太阳的质量由75%氢和25%氦组成(原子数量的92.1%为氢,7.8%为氦); 其他物质
("金属")的数量总合仅为0.1%.在太阳核心区氢转化为氦,而这些量的改变很慢.太阳外层有不同的自转周期:赤道面25.4天自转一周;两极地区则达到36天.这个奇特现象的产生是由于太阳并不像地球一样是一个固态球体。当然太阳也有大气层,它的大气层里主要是一些粒子射线,当然由于自身吸引力,对于太阳表面这些射线还更重要受到太阳磁场作用。
太阳最外层大气日冕回产生一种叫做太阳风,正是太阳磁场一种剧烈变化造成的。太阳风是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。在不是太阳的情况下,这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的高速带电粒子流。这种物质虽然与地球上的空气不同,不是由气体的分子组成,而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成,但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似,不过这种粒子流却对太阳系其他行星和卫星的大气层产生影响。
在离太阳近的地方,气体还没来得及同固体一同收缩就被太阳风吹走了,所以离太阳很近的地方只有固体收缩后形成的没有气体的行星,比如水星。在离太阳远一些的地方,气体可以和固体一同收缩,根据各物质密度的不同,固体的物质会先凝聚起来,然后气体附着在固体外边,就形成了大气层。由于气体附着上去的速率最慢,时间更长,容易受到更多的干扰而再度消散,所以一般是质量较大的星,尽快完成气体的收缩过程,才能抵抗这些干扰最后,即使已经形成了带大气层的星,由于太阳风的持续存在,没有保护大气层存在机制的形体大气层也会逐渐被剥夺。
对于地球大气,它演化大致经历了原始大气、次生大气和现在大气三个过程。最初,在地球形成的过程中,一边是绕着太阳运动,一边吸附着轨道上的微尘和气体。当地球表面逐渐冷凝为固态时,周围就包围着一层大气,这就是原始大气,其主要成分是氢和氦。
由于地壳尚不稳定,火山活动频繁,火山排出的气体就形成了地球的次生大气圈。它的成分以甲烷和氢为主,还有一些氨和水汽,但仍没有氧气。
氧的形成是现代大气形成的主要标志,它的形成过程与地球上生物的出现和发展密切相关。最初的生命出现于太阳紫外线辐射到达不了的深水中,以后逐渐移向浅水,进而发展成有叶绿体的植物,绿色植物的光合作用成为大气中氧形成的最重要的原因。
氧的增加就在高空形成臭氧层,它吸收紫外线,有利于地球上的植物迅速繁殖和发展,又使地球上大气中的氧和二氧化碳的含量大大增多,经过几十亿年的过程就形成了现在的大气层。
对于月球,月球也有,但是由于其本身的质量太小,没能产生足够大的引力,于是大气全部逃逸到宇宙空间去了。所有自身质量大,也是很重要因素。星球要产生大气,首先是星球本身质量所产生的引力要足以将气体束缚住;然后需要星球本身能产生气体,或星球存在某种气态物质的循环。
土卫六是太阳系里唯一拥有大气层的卫星,它能引起众多科学家的兴趣,主要是是因为土卫六的现状非常类似于尚未诞生生命的最初期的地球。最早推测出土卫六拥有大气层的是西班牙天文学家何塞·科马斯-索拉。1907年他在巴塞罗那将望远镜朝向土卫六的方向,意外发现几颗星星在土卫六的光环周围若隐若现。科马斯-索拉发现这些小亮点的出现和消失是有规律的,因此推断出土卫六拥有自己的大气层。目前人类已经观测到,土卫六的大气层非常厚重,并呈现橘红色。大气层主要由氮气和甲烷构成。土卫六表面的平均温度是零下180摄氏度,挂起大风来,风速高达每小时100公里。土为六卫星大气也是由于它自身质量大,引力也大,同时距离太远远,因此太阳风对它影响也较小,所以原始大气得于保存,至少它的现在大气是如何形成还缺乏资料。
综上所述,星球大气是由于宇宙爆炸是星球形成过程中同步产生的,因为自身质量原因,有些星球(譬如月亮),他们大气逃逸到太空去了。同时,作为恒星物质,它们大气与表面磁场是有关系的,那些粒子流在磁场作用下会形成跟太阳风一样,不见把恒星表面物质逃逸走,也对恒星周围星球大气产生影响,甚至让这些大气快速逃走。还有一个目前没有资料加以证明猜想,那就是其他星球碰撞会不会造成大气逃逸,需要对更远星体观察才能说明。
除了观测距离地球较近的太阳系行星——木星、
土星、天王星、海王星等的大气运动,近年来科学界还对太阳系之外的星球的大气层展开了研究。以大气层的观测数据作为依据,可以推测这些星体上是否具备生命起源的条件。在人类确定存在地外生命之前,逐渐积累的有关其他星球大气层的科学数据也将有助于我们更加深入地了解地球大气层,以及大气层与气候变化之间的联系。