為什麽大氣不會向宇宙逃逸而變得越來越少？

2021-12-14知識

原題目穿越了。在我們這個地球上，大氣是在向宇宙逃逸的，每年損失約 9.5 萬噸氫氣和約 1600 噸氦氣，以及少量其它瓦斯。每年墜入地球的小天體補充的水所含的氫比上述 9.5 萬噸要少。

地球大氣逃逸的原因包括金斯逃逸 ^[1] （占 10% 到 40%）、電荷交換逃逸 ^[2] （占 60% 到 90%）、極地風逃逸 ^[3] （占 10% 到 15%）。

Terefe, Tadesse. 「Further Development of Polar Wind Model.」 (2012).

地球大氣總品質約 6000 萬億噸，地球表面的海洋、冰川、河流、湖泊等含水約 136 億億噸，地球地下還有大量的水。氫氣的這點逃逸在過去數十億年內都不成問題。但氦的自然補充（主要是一部份放射性物質的衰變）要慢得多，目前人類社會主張節約氦氣資源、加強回收利用。

2020 年，「磁場保護地球免於失水」的舊想法被質疑。研究顯示，地球磁場在能偏轉太陽風的同時也能吸引另一些太陽風，地球、金星、火星現在的大氣逃逸情況相近。以當前每秒逃逸的量，35 億年間三者會各自失去以全球面積計算深度 9 厘米、8 厘米、30 厘米的水。

這根本無法解釋火星和金星現在的狀況。即使考慮火星的低品質造成中性氧原子的逃逸，這也不能解釋金星的狀況：現在地球的水量約為金星的十萬倍。

就算假設年輕太陽有更強大的大氣剝離效果，也只能解釋其中的數千倍，何況太陽風與大氣剝離的關系還沒有被很好地檢測。

你看到了： 地球、金星、火星現在的大氣逃逸情況相近 。

在逃逸情況相近的情況下，在地球失去以全球面積計算深度 9 厘米的水時火星會失去深度 30 厘米的水，是因為地球表面積是火星的 3.55 倍。

以現有海洋面積計算，地球在過去 35 億年間由於大氣逃逸而失去了深度約 42.4 厘米的水。這連地球氣候變遷引起的海平面變動的零頭都不到。

因此，現在有新理論認為火星的大部份水可能還在其地下，而沒有像過去推測的那樣逃逸掉。

「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 .

DOI: 10.1126/science.abc7717

參考

^ http://faculty.washington.edu/dcatling/Catling2009_SciAm.pdf
^ https://doi.org/10.3367/ufne.2017.09.038212
^ https://phys.org/news/2016-07-curious-case-earth-leaking-atmosphere.html