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

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。

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。

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。

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

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