为什么大气不会向宇宙逃逸而变得越来越少？

2021-12-14知识

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%）。

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

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 .

DOI: 10.1126/science.abc7717

参考

^ 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