宇宙处于真空环境中，但书本上说质量大的星体吸引气体形成大气层，那这些气体是从哪来的？第1页

haozhi-yang-41 网友的相关建议:

科学不是神学，科学上的任何事情/概念/论述，除非有严谨的理论证明，否则，都不能轻易的绝对化。例如说“真空”这类概念就是如此：哪怕真的假设有“绝对真空”，但依然逃不掉量子涨落。

解释完真空的概念，那星体的气体哪来的就好解释了：星云（星际分子）、恒星风、宇宙射线。

MarryMea 网友的相关建议:

太阳系内的太空中散布着行星际物质，远离恒星的太空中散布着星际物质，它们的稀薄程度对人的抽真空技术来说是“极度真空”，但不是绝对真空。

海平面上的地球大气，每立方厘米约有 2500 亿亿个分子。
号称“真空吸尘器”的家用设备所能抽出的低气压区域，每立方厘米约有 1000 亿亿个分子。
抽真空的保温瓶，其“真空”区域每立方厘米约有 1 万亿到 100 万亿个分子。
低温星际物质每立方厘米约有 100 万个分子。
在柯伊伯带附近的太空中，以氢原子计，行星际物质每立方厘米约有 100 个原子。
在地球附近的太空中，以氢原子计，行星际物质每立方厘米约有 5 个原子。
高温星际物质每立方米约有 100 个离子。
在银河系与其他星系之间的星系际空间中，以氢原子计，星系际物质每立方米约有 1 个原子。

“宇宙处于真空环境中”是歧义句，容易让人误以为太空是“绝对真空”、产生题目这种烦恼。

“星体吸引气体形成大气层”可能是你的误解，或是概括书本上的东西时出了偏差。字面上这表达的情景是“先堆积大量物质来形成没有大气的岩石行星，再慢慢取得稀薄得多的大气”，是将一个步骤毫无必要地分成了两步。

太阳系的形成始于约 46 亿年前一片跨度数光年的分子云。该分子云平均而言每立方厘米约有 100 到 1000 个分子，其中心部分较为致密，每立方厘米约有 10 万到 100 万个分子，属于低温星际物质。
在分子云附近发生了若干次超新星爆发，至少一颗超新星的冲击波在分子云中造成了密度的显著不均匀，从而触发了引力坍缩。坍缩的大部分质量集中在中心，形成了太阳，其余部分形成原行星盘，继而形成太阳系的行星。

图为哈勃空间望远镜于 2015 年拍摄的赫比格-哈罗 24 号天体中心部分，在气体云遮挡下，新生恒星喷出速度数百千米每秒的气体喷流。早期太阳系大抵曾经表现出类似的姿态。图中两条喷流加起来长约 0.5 光年。

各行星的卫星有的由环绕行星的气体与尘埃组成的星盘形成，有的从太阳系外飞来，有的在碰撞下产生。推定太阳系的行星轨道曾屡次变化。
在堆积大量物质形成行星的过程中，分子质量较轻、热运动速度较大的氢气、氮气、氧气之类自然而然地更多分布在远离中心的地方，形成原始大气。
靠近太阳的行星的原始大气会有相当一部分被太阳辐射和太阳风吹走，坠落到行星上的小天体则给行星带来更多物质。

讨论“物质从哪里来”，大抵会迅速追溯到“宇宙从哪里来”。可以参照：

jerrysheng 网友的相关建议:

行星吸引气体形成大气层时，宇宙并不是真空的。

1. 太阳星云

就拿太阳系来举例吧。你以为的太阳系是这样的：

但实际上，地球等行星第一次形成大气层时（为什么说第一次？地球其实失去过大气层的，后面会说），太阳系是这样的：

太阳星云后期假想图，by SSERVI

行星的大气层所含的物质最开始与母星太阳是相同的，而太阳是由尘埃和气体组成的太阳星云形成。当新太阳产生后，有一些多余的气体和尘埃物质没有吸入恒星，而是在其周围形成圆盘绕着新创造的原恒星。后来，行星、小行星和彗星就从圆盘中汇聚而成（简单写的极简版）。

猎户FU型变星自1936年首次爆发以来，它的亮度缓慢变暗。从2004年到2016年，在短红外波长下，它已经变暗了约13%。这展现了太阳系早期的样子。by NASA/JPL-Caltech

目前主流天文学认为，太阳系中的木星、土星等大个头的气态行星，是通过直接从周围的星云中吸收气体包裹自己，而形成的的原始大气层。^[1]我们知道，气态行星的大气层主要成分氢和氦，就是太阳星云中最常见的两种元素。太阳风将氢氦气体吹到太阳的外围，气体与尘埃冷却下来。温度越低，气体平均动能越小，也越难逃逸，从而借由重力积累粘合到新形成的行星上。这就形成了气态行星。

而像地球这样的岩石行星在形成早期也吸入了周围的气体。但由于这些行星体积较小，它们无法像巨大的气态行星那样地吸引很多气体，从而导致后来大气层的改变。

回到题主的问题，质量大的行星吸引气体形成大气层时，其并不是处于真空中，而是身处氢与氦的海洋中。

地球原始大气层的失去

你知道么，现在地球的大气层并不是吸收太空气体形成的。

我们知道。影响气体逃离行星引力主要有三个因素：温度、分子质量和逃逸速度。与更冷、更重和更慢的粒子相比，更热、更轻、更快的粒子更容易脱离行星的引力飘入太空。

在最开始，原始地球确实吸引了很多氢和氦，形成了第一轮的原始大气层。但随着时间的推移，太阳变得越来越明亮，太阳风也越来越猛烈，从而将很轻的氢和氦从小质量的四个内行星的表面吹走；另一方面，因为太阳也越来越热，氢和氦分子也变得越来越热和越快，最终达到了逃逸速度，于是在四个内行星形成后的几亿年内，又都最终失去了它们的初始大气层。

与此同时，四颗外行星——木星、土星、天王星和海王星——由于其巨大的体积而能够维持氢和氦的存在，或者说它们的引力足以抓住这两种极轻的气体，而太阳又相对遥远，它的热量无法令大气升到足够逃离的温度。因此，这四个外行星仍然拥有它们的大气层。

第二轮大气（次生大气）

于是地球、火星和金星开始了第二轮造大气层的行动。随着时间的推移，大量的火山活动产生了大量的气二氧化碳和水等重分子，加上彗星和小行星的撞击也会带来挥发性物质（特别是水），这些比氢氦更重的元素无法轻易被太阳风吹走。另外，这三个内行星也有合适的表面温度来挽留二氧化碳和水蒸气等更重的气体，从而形成了第二轮大气层。

对了，火山活动是因为在行星最初形成过程中产生的熔岩心释放热量形成的（此处有新研究存疑，待写）。火星后来就是因为内心不再火热，心冷了，所以就没有新的火山释放更多的气体，而原有的水蒸气等气体也因寒冷而作为冰沉积在地壳土壤中，同时磁场的消失也无法抵御太阳风的侵袭，最终大气层消失殆尽。相反地，金星因为离太阳更近而太热，导致大部分水流失，而二氧化碳积累到很高的浓度。与金星炎热的气候相比，地球宜居的大气层似乎与地日距离直接相关。如果地球在大气层进化期间比现在离太阳近5%^[2]，那么地球大气层就会恶化为金星形式。

有人会问，既然第一轮大气层都已经失去了，那科学家是怎么证明是有第一轮大气的呢？

最直观的证据是，我们在41光年外的一颗红矮星的行星上发现了类似的过程^[3]。这一颗和地球大小差不多的的岩石行星的名字为GJ 1132 b。它表面弥漫着一层朦胧的大气，是氢、甲烷和氰化氢等的混合物。科学家通过哈勃太空望远镜的观测发现，其第一轮大气层被其母星破坏了，目前第二轮大气层被认为是火山喷发形成的。这是第一次在太阳系外检测到次生大气。

科学家首次发现火山产生岩石行星大气层的证据。这颗行星GJ 1132 b的密度、大小和年龄与地球相似

另外，在地质学中也有相关的证据。

下面这个图表是地球大气层各元素的含量。你可以明显的看出，惰性气体含量普遍极低。一般来说，氧气和硅等较轻的元素更多，而铅等更重元素更少，是符合正常规律的。但氖和其他惰性气体，包括氦、氩、氪和氙气，并没有沿着曲线来，就有点奇怪了。

1924年，阿斯顿公布的数字显示地球上元素的丰度。惰性气体（He、Ne、Ar、Kr和Xe）含量特别低

那是只有地球如此，还是说这是惰性气体的普遍分布规律？1933年，Payne和Boyce等人成功测定了其它星系的气体光谱，大多数元素的丰度——包括氖和其他惰性气体——沿着阿斯顿预测的光滑曲线下降。他们证明，氖和其他惰性气体在恒星和星云中更常见。^[4]（同时也证明太阳不是由普遍认为的铁构成的，而是主要由氢构成）。地球一定是发生了什么事，以解释它缺乏惰性气体的原因。

图表显示宇宙中元素丰度，并归一化以硅的丰度表示。根据这张图表，在地球以外，惰性气体一点也不罕见。

观测证明，惰性气体在木星大气中比地球大气中更丰富。事实上，芝加哥大学物理学家哈里森·布朗发现惰性气体在地球上比木星稀少十亿倍，而氙气稀有一百万倍。他在1949年时提出，这是因为地球有一个原始大气层，与其他行星一样富含惰性气体，但在早期就因逃逸和碰撞而失去了。这可以解释为什么地球失去的氖元素比氩更多（因为它更轻，更容易逃逸），以及为什么地球失去的氖元素比木星更多（地球比木星小，因此地球引力没有木星那么大）

尽管其他很多行星都拥有大气层，但氧气（和水蒸气）的大量存在使我们的大气层独一无二。约2亿年前，当光合作用细菌进化到开始吸收大气中的二氧化碳并释放氧气时，大气中开始存在游离的氧，氧含量从0%稳步上升到今天的约21%。氧气和氮为主的大气不仅供我们呼吸，还保护生物免受有害紫外线的伤害，并在陨石撞击地球表面之前尽可能地焚烧它们，从而保护地球上的生命。

参考

^ https://astronomynow.com/2016/06/15/gluttonous-young-star-may-hold-clues-to-planet-formation/
^ https://www.britannica.com/science/atmosphere/The-atmospheres-of-other-planets
^ 这些观测是哈勃观测计划#14758的一部分
^ https://www.visionlearning.com/en/library/Earth-Science/6/History-of-Earths-Atmosphere-I/202

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宇宙处于真空环境中，但书本上说质量大的星体吸引气体形成大气层，那这些气体是从哪来的？第1页

1. 太阳星云

回到题主的问题，质量大的行星吸引气体形成大气层时，其并不是处于真空中，而是身处氢与氦的海洋中。

地球原始大气层的失去

第二轮大气（次生大气）

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