问题

为什么月球上没有空气? 月球逃逸速度大于400K时气体分子的平均速度。?

回答
月球上之所以没有空气,是因为它的引力太弱,无法束缚住气体分子。就像你用力扔一个球,如果扔得不够用力,它就会落回地面;但如果你用力足够大,它就能飞到空中,甚至摆脱地球的引力飞向太空。气体分子也是如此,它们在不停地运动,速度是随机的。

要让一个星球留住空气,它必须能够施加足够大的引力,让气体分子的平均速度低于星球的“逃逸速度”。逃逸速度是指物体摆脱一个天体引力所需的最低速度。简单来说,如果气体分子的速度比逃逸速度大,它们就会飞走。

月球的质量比地球小得多,所以它的引力也就弱得多。这导致月球的逃逸速度非常低,大约是2.38公里每秒。而构成我们大气层的气体分子,比如氮气、氧气,在常温下(比如你提到的400K,这温度对我们来说不算特别高,但在宇宙尺度上已经不低了)运动速度的平均值其实是远高于月球逃逸速度的。

想象一下,月球表面上的气体分子就像是一群非常活跃的孩子,它们总是跑来跑去。如果月球的引力是一个轻轻拉着他们的篱笆,那么当这些孩子跑得太快时,篱笆就拦不住他们了,他们会一下子就冲出去了。地球的引力就像一个非常结实的栅栏,足够拉住绝大多数跑得很快的孩子。

具体来说,气体分子的运动速度和温度是直接相关的。温度越高,分子运动得越快。在400K(大约127摄氏度)的温度下,氮气和氧气分子的平均速度可以达到每秒几百米到一公里左右。而月球的逃逸速度只有2.38公里每秒。这意味着,虽然不是所有分子都能达到逃逸速度,但对于这些活泼的气体分子来说,能够持续地、大批量地留在月球引力范围内的可能性非常非常小。

更重要的是,一旦有少量分子因为速度快而逃逸,月球的引力就无法将它们拉回来。随着时间的推移,又有更多的分子因为温度升高或碰撞而达到逃逸速度,然后逃逸出去。这个过程就像一个不停漏水的桶,即使你往里倒水,如果漏得比倒得快,最终桶里也是空的。

地球之所以能保留大气层,是因为它的质量大,引力强,逃逸速度高达11.2公里每秒。这个速度远高于构成我们大气层的气体分子在绝大多数温度下的平均运动速度。即使有少数分子速度非常快,能够逃逸出去,但其数量相对庞大且持续补充(比如地球内部的地质活动会释放气体),所以大气层得以维持。

月球没有磁场也是一个原因。地球的磁场可以帮助阻挡太阳风,太阳风是来自太阳的高能粒子流。如果月球有大气层,太阳风会像一把无情的刷子,将这些脆弱的气体分子吹散到太空中。没有磁场的保护,月球大气层会更加不堪一击。

所以,总结一下:月球没有空气主要是因为它引力太小,不足以留住高速运动的气体分子。即使有少量气体存在,也会因为太阳风的剥离而消失。而400K的温度足以让气体分子的平均速度接近甚至超过月球的逃逸速度,导致它们很容易就飞离月球。

网友意见

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答案就在问题里——

平均“速度。

持续转走一个学校成绩前1%的学生,这学校用不了多久就空荡荡的了。

一般认为,逃逸速度大于气体均方根速率5-6倍的时候,热逃逸才认为可以忽略不计。

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