行星的“气体衣”

厌氧生物是指一种不依赖氧气存活的生物。

2020年9月，英国科学家首次在金星大气中探测到磷化氢气体。新闻一出，震惊四座。为什么呢？在地球上，磷化氢被认为是厌氧生物产生的气体。在金星大气中发现磷化氢是不是就意味着环境恶劣的金星上会有生物存在？金星大气成分的异常让我们对这颗行星有了新的认识，那太阳系中其他行星的大气情况又如何呢？不同的大气又造就了怎样的奇观呢？

地球生命的保护层古希腊人认为万物是由土、气、水、火四种元素组成的，中国人则将气视为生命的重要组成部分。

然而，真正的“气”可没有这么简单。1643年，托里拆利通过真空玻璃管中76厘米的水银柱，发现空气是有重量的。1654年，奥托·冯·格里克靠16匹骏马的拉动将两个真空半球分开的实验让人们见识了空气的力量。从1774年普利斯特里在论文中提出“脱燃素空气”到1782年拉瓦锡通过钟罩实验发现氧气，人类终于认识到空气不是单一的物质，而是由一系列物质组成的混合物。

在科学家研究空气成分的同时，一批冒险家和气象学家也在以热气球为载具探索天空的边界。1862年9月5日，英国气象学家格莱彻尔和热气球飞行家柯克斯韦尔乘坐热气球上升到了9 000米高空，探测了空气在不同高度上的变化。

我们生活在对流层，这里是大气运动最活跃的地方。在对流层上方是平流层，这里有臭氧层保护着我们免受太阳紫外线的伤害。平流层之外还有高层大气，无线电的反射、美丽的极光都发生在这里。

对于地球的大气层，我们现在已经有了比较充分的了解。那地球的另外七个“兄弟姐妹”是不是也有和地球类似的大气环境呢？

固态行星的大气层太阳系的八颗行星各有特色，但它们大体上可以分为两类：水星、金星、火星和地球都有岩石和陆地，所以它们被称为固态行星；而离太阳更远的木星、土星、天王星和海王星是由气体组成的气态行星。

水星是行星中最小的一颗，也是距离太阳最近的行星。过小的体积和质量使水星没有足够的引力“吸”住自身的大气，而就在身边的太阳更是用剧烈的太阳风带走了水星表面的空气。因此，水星成了太阳系中大气最稀薄的行星。

距离太阳稍远的金星就与水星截然不同。金星的大气层非常浓密，它是由大约96.5%的二氧化碳、3.5%的氮和其他微量元素组成的。那它为什么如此浓密呢？科学家认为这与金星微弱的磁场和它与太阳的距离有关。微弱的磁场使金星无力对抗太阳对其大气层的肆意破坏，大气层中比较轻的氢元素被太阳风带走后，金星上没有了氢元素也就没有了水，没有水，就无法消耗二氧化碳。如此一来，金星通过火山爆发等地质运动和大气化学变化产生的大量二氧化碳就无法被消耗。又因二氧化碳是比较重的气体，不易被太阳风吹走，所以金星上的二氧化碳越积越多，就形成了如今浓密的金星大气层。二氧化碳作为著名的温室气体，它有着良好的吸热性，于是高浓度的二氧化碳给金星造成了“失控温室效应”，使其表面温度高达470℃。

说到火星，它的大气也以二氧化碳为主，且比例占到了95%，但火星的大气比金星稀薄得多，甚至其大气密度只有地球的百分之一左右。究其原因，这很可能与金星和火星的质量不同有关。虽然金星和火星的磁场都很微弱，但是金星的质量是火星的7.6倍，所以它的引力比火星大，对于大气的束缚能力也比火星强得多。可以说，在几十亿年里，火星是眼睁睁看着自己的大气一点点被太阳风吹散到太空之中的。

气态行星的大气层相比于类地行星，气态行星体积更大，质量也更大，如木星的质量大约是地球的318倍，其体积是地球的1 300倍。气态行星的大气成分不同于类地行星，主要是由氢和氦组成的。为什么比较轻的氢和氦会在远离太阳的气态行星上存在呢？这就要说到太阳系的形成过程了。

在太阳系形成的初期，靠近太阳的地方更加炽热。大量物质在太阳巨大的能量下气化并向远处飘去。留下的是质量较大的岩石和金属物质，这些物质相互碰撞就形成了四颗固态行星。而那些从太阳系中心飘向远方的更轻的物质在太阳系的外围汇聚。远离太阳的地方温度比较低，水会以冰的形式存在，而气体也会冷凝成固体。于是这些较轻的物质聚集在一起，就形成了气态行星的内核。这些行星形成后，质量越来越大，引力也相应地增加，不断吸引那些从太阳系中心吹出来的氢和氦，形成了自己的大气层。

土星和木星的大气比较相似，都存在狂暴的飓风和复杂的大气运动，因此在望远镜中我们可以看到土星和木星上那些漂亮的带纹。天王星和海王星的大气中存在比例颇高的甲烷，因此它们在望远镜中还会呈现出深浅不一的蓝色。

回顾太阳系各大行星的大气环境，它们的成分有的以二氧化碳为主，有的以氢、氦为主；有的非常稀薄，有的又极其浓密。它们仿佛穿着不同的“外衣”，而“外衣”的薄厚、材质直接决定了行星上是否适宜生命存活。看到被浓密二氧化碳变成温室的金星，你们是否也想到了正在因温室气体增多而变得越来越暖的地球？没错，研究行星大气也在提醒我们要保护好地球的大气层，因为地球是我们人类最美丽的家园。

本文链接：https://www.bjjcc.cn/kepu/25618.html，文章来源：科普之家，作者：CNKI智慧科普聚合平台，版权归作者所有，如需转载请注明来源和作者，否则将追究法律责任！