为什么大气不会向宇宙逃逸而变得越来越少？
你这个问题问得很有意思，也触及到了地球非常核心的一个维持生命的关键机制。很多人可能会觉得，既然宇宙那么浩瀚，而且真空几乎不存在阻碍，那大气应该很容易就“飘走”才对。但实际上，大气之所以能被地球牢牢抓住，主要有几个原因在起作用，而且它们是相互配合的：
1. 地球的引力：最根本的束缚
这是最最重要的一点。地球是一个有质量的星球，根据万有引力定律，它会吸引周围的一切物质，当然也包括组成大气的气体分子。我们的大气层并不是无限延伸的，它存在一个相对明显的边界，尽管这个边界也不是突然消失，而是逐渐稀薄。你可以想象一下，地球就像一个巨大的磁铁，而大气中的气体分子就是被它吸住的细小的铁屑。
地球的引力强度与它的质量有关。我们的地球是一个质量相当可观的行星，足以产生强大的引力场来束缚住大量的气体分子。这些气体分子并不是静止不动的，它们一直在做着布朗运动，也就是随机地向各个方向运动。但是，当它们试图向上“逃逸”时，地球的引力就像一只看不见的手，会把它拉回来。只有那些拥有足够动能，并且刚好朝着逃逸方向运动的气体分子，才有可能摆脱引力的束缚。
2. 大气分子的运动速度与逃逸速度
那么，为什么不是所有气体分子都能逃逸呢？这涉及到气体分子的运动速度和地球的逃逸速度。
气体分子的运动速度： 大气中的气体分子并不是静止的。它们由于温度而拥有动能，不断地碰撞、运动。分子的运动速度与温度直接相关：温度越高，分子的平均动能越大，运动速度越快。
地球的逃逸速度： 逃逸速度是指一个物体要摆脱一个天体（比如地球）的引力束缚，需要达到的最小速度。在地球表面附近，这个速度大约是每秒11.2公里。
你可以理解成，要想“跑出”地球的怀抱，你得跑得足够快。而地球大气中的气体分子，虽然在不断运动，但绝大多数的运动速度都远低于这个逃逸速度。想象一下，一群人在操场上散步、跑步，但没有人能达到火箭起飞的速度，所以他们就都在操场范围内活动。
3. 不同气体分子的逃逸概率差异
这一点就比较精妙了。并非所有气体分子都拥有相同的逃逸能力，即使它们都在大气中。
质量的影响： 分子越轻，在相同温度下，它们的平均运动速度就越快。比如，氢气（H₂）和氦气（He）是大气中最轻的气体分子。因此，在地球大气层中，这些轻质气体分子的平均运动速度会比氮气（N₂）或氧气（O₂）等重质气体分子要快一些。
逃逸的“可能性”： 这就意味着，氢气和氦气分子有更高的概率在运动中达到能够克服引力束缚的速度。所以，确实会有一小部分非常轻的气体分子从地球大气层逃逸到宇宙空间。这也是为什么我们在地球大气中找不到大量的氢气和氦气，它们大部分早在地球形成初期就逃逸了，或者通过其他方式（比如化学反应）结合。我们现在大气中极少量的氦气，很多是地球内部放射性衰变产生的，然后缓慢逸出到地表。
4. 温度的作用
如前所述，温度决定了分子的平均运动速度。如果地球的温度极高，大气中的气体分子运动会变得非常剧烈，逃逸的概率会大大增加。但地球的平均温度相对温和，并不足以让大多数气体分子的速度达到逃逸速度。当然，在非常高层的大气，比如外逸层（Exosphere），那里的气体非常稀薄，分子之间的碰撞极少，而且非常接近太空的“边缘”，温度效应和逃逸速度的计算会更复杂一些。但总体而言，地球的温度不足以让整个大气层“蒸发”。
5. 其他因素的辅助
除了上述核心原因，还有一些因素在一定程度上也起到了保护大气的作用：
磁场： 地球有一个强大的磁场，它能偏转来自太阳的高能带电粒子（太阳风）。如果地球没有磁场，太阳风会不断地轰击大气层，剥离气体分子，就像用强风吹散尘埃一样。强大的磁场像一个保护罩，大大减少了大气被太阳风剥离的速率。
大气密度和压力： 在大气层较低的区域，气体分子非常密集，相互碰撞频繁。一个试图逃逸的分子在试图向上运动时，会不断地与其他分子发生碰撞，能量会被传递，从而难以持续获得足够的向上动量。而在高层大气，虽然分子稀疏，但引力也逐渐减弱，不过同时温度也开始下降（在一定高度范围内），总体的能量密度也相对较低。
总的来说， 大气不会因为宇宙真空而轻易逃逸，是因为地球强大的引力像一个看不见的巨手，将绝大多数气体分子牢牢地抓在手中。同时，大气中气体分子的平均运动速度远低于地球的逃逸速度。虽然有少量非常轻的气体分子（如氢和氦）会缓慢逃逸，但对于构成我们呼吸所需的大部分气体（如氮气和氧气）来说，地球的引力足够强大，温度也足够温和，使得它们能够稳定地存在于地球周围，形成我们赖以生存的大气层。地球的磁场更是起到了至关重要的保护作用，减少了来自太空的侵蚀。
所以，这是一个引力、分子动能、分子质量、温度以及地球自身特性的综合结果，共同维系着我们的大气层。
1. 地球的引力：最根本的束缚
这是最最重要的一点。地球是一个有质量的星球，根据万有引力定律，它会吸引周围的一切物质，当然也包括组成大气的气体分子。我们的大气层并不是无限延伸的，它存在一个相对明显的边界，尽管这个边界也不是突然消失，而是逐渐稀薄。你可以想象一下，地球就像一个巨大的磁铁，而大气中的气体分子就是被它吸住的细小的铁屑。
地球的引力强度与它的质量有关。我们的地球是一个质量相当可观的行星，足以产生强大的引力场来束缚住大量的气体分子。这些气体分子并不是静止不动的，它们一直在做着布朗运动，也就是随机地向各个方向运动。但是，当它们试图向上“逃逸”时，地球的引力就像一只看不见的手，会把它拉回来。只有那些拥有足够动能，并且刚好朝着逃逸方向运动的气体分子，才有可能摆脱引力的束缚。
2. 大气分子的运动速度与逃逸速度
那么，为什么不是所有气体分子都能逃逸呢？这涉及到气体分子的运动速度和地球的逃逸速度。
气体分子的运动速度： 大气中的气体分子并不是静止的。它们由于温度而拥有动能，不断地碰撞、运动。分子的运动速度与温度直接相关：温度越高，分子的平均动能越大，运动速度越快。
地球的逃逸速度： 逃逸速度是指一个物体要摆脱一个天体（比如地球）的引力束缚，需要达到的最小速度。在地球表面附近，这个速度大约是每秒11.2公里。
你可以理解成，要想“跑出”地球的怀抱，你得跑得足够快。而地球大气中的气体分子，虽然在不断运动，但绝大多数的运动速度都远低于这个逃逸速度。想象一下，一群人在操场上散步、跑步，但没有人能达到火箭起飞的速度，所以他们就都在操场范围内活动。
3. 不同气体分子的逃逸概率差异
这一点就比较精妙了。并非所有气体分子都拥有相同的逃逸能力，即使它们都在大气中。
质量的影响： 分子越轻，在相同温度下，它们的平均运动速度就越快。比如，氢气（H₂）和氦气（He）是大气中最轻的气体分子。因此，在地球大气层中，这些轻质气体分子的平均运动速度会比氮气（N₂）或氧气（O₂）等重质气体分子要快一些。
逃逸的“可能性”： 这就意味着，氢气和氦气分子有更高的概率在运动中达到能够克服引力束缚的速度。所以，确实会有一小部分非常轻的气体分子从地球大气层逃逸到宇宙空间。这也是为什么我们在地球大气中找不到大量的氢气和氦气，它们大部分早在地球形成初期就逃逸了，或者通过其他方式（比如化学反应）结合。我们现在大气中极少量的氦气，很多是地球内部放射性衰变产生的，然后缓慢逸出到地表。
4. 温度的作用
如前所述，温度决定了分子的平均运动速度。如果地球的温度极高，大气中的气体分子运动会变得非常剧烈，逃逸的概率会大大增加。但地球的平均温度相对温和，并不足以让大多数气体分子的速度达到逃逸速度。当然，在非常高层的大气，比如外逸层（Exosphere），那里的气体非常稀薄，分子之间的碰撞极少，而且非常接近太空的“边缘”，温度效应和逃逸速度的计算会更复杂一些。但总体而言，地球的温度不足以让整个大气层“蒸发”。
5. 其他因素的辅助
除了上述核心原因，还有一些因素在一定程度上也起到了保护大气的作用：
磁场： 地球有一个强大的磁场，它能偏转来自太阳的高能带电粒子（太阳风）。如果地球没有磁场，太阳风会不断地轰击大气层，剥离气体分子，就像用强风吹散尘埃一样。强大的磁场像一个保护罩，大大减少了大气被太阳风剥离的速率。
大气密度和压力： 在大气层较低的区域，气体分子非常密集，相互碰撞频繁。一个试图逃逸的分子在试图向上运动时，会不断地与其他分子发生碰撞，能量会被传递，从而难以持续获得足够的向上动量。而在高层大气，虽然分子稀疏，但引力也逐渐减弱，不过同时温度也开始下降（在一定高度范围内），总体的能量密度也相对较低。
总的来说， 大气不会因为宇宙真空而轻易逃逸，是因为地球强大的引力像一个看不见的巨手，将绝大多数气体分子牢牢地抓在手中。同时，大气中气体分子的平均运动速度远低于地球的逃逸速度。虽然有少量非常轻的气体分子（如氢和氦）会缓慢逃逸，但对于构成我们呼吸所需的大部分气体（如氮气和氧气）来说，地球的引力足够强大，温度也足够温和，使得它们能够稳定地存在于地球周围，形成我们赖以生存的大气层。地球的磁场更是起到了至关重要的保护作用，减少了来自太空的侵蚀。
所以，这是一个引力、分子动能、分子质量、温度以及地球自身特性的综合结果，共同维系着我们的大气层。
网友意见
原题目穿越了。在我们这个地球上，大气是在向宇宙逃逸的，每年损失约 9.5 万吨氢气和约 1600 吨氦气，以及少量其它气体。每年坠入地球的小天体补充的水所含的氢比上述 9.5 万吨要少。
地球大气逃逸的原因包括金斯逃逸[1]（占 10% 到 40%）、电荷交换逃逸[2]（占 60% 到 90%）、极地风逃逸[3]（占 10% 到 15%）。
地球大气总质量约 6000 万亿吨，地球表面的海洋、冰川、河流、湖泊等含水约 136 亿亿吨，地球地下还有大量的水。氢气的这点逃逸在过去数十亿年内都不成问题。但氦的自然补充（主要是一部分放射性物质的衰变）要慢得多，目前人类社会主张节约氦气资源、加强回收利用。
2020 年，“磁场保护地球免于失水”的旧想法被质疑。研究显示，地球磁场在能偏转太阳风的同时也能吸引另一些太阳风，地球、金星、火星现在的大气逃逸情况相近。以当前每秒逃逸的量，35 亿年间三者会各自失去以全球面积计算深度 9 厘米、8 厘米、30 厘米的水。
这根本无法解释火星和金星现在的状况。即使考虑火星的低质量造成中性氧原子的逃逸，这也不能解释金星的状况：现在地球的水量约为金星的十万倍。
就算假设年轻太阳有更强大的大气剥离效果，也只能解释其中的数千倍，何况太阳风与大气剥离的关系还没有被很好地检测。
你看到了：地球、金星、火星现在的大气逃逸情况相近。
- 在逃逸情况相近的情况下，在地球失去以全球面积计算深度 9 厘米的水时火星会失去深度 30 厘米的水，是因为地球表面积是火星的 3.55 倍。
- 以现有海洋面积计算，地球在过去 35 亿年间由于大气逃逸而失去了深度约 42.4 厘米的水。这连地球气候变化引起的海平面变动的零头都不到。
因此，现在有新理论认为火星的大部分水可能还在其地下，而没有像过去推测的那样逃逸掉。
“Long-term drying of Mars by sequestration of ocean-scale volumes of water in the crust” by E. L. Scheller, B. L. Ehlmann, Renyu Hu, D. J. Adams and Y. L. Yung, 16 March 2021,Science.
参考
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