Атмосфера Земли — это огромный слой газов, окружающий планету. Он частично защищает поверхность от космического излучения, удерживает тепло и делает возможной жизнь. При этом космос начинается совсем недалеко — примерно на высоте 100 километров над поверхностью, на так называемой линии Кармана.
Но четкой границы там нет: воздух просто становится все более разреженным и постепенно переходит в космическое пространство. Возникает естественный вопрос: если сверху вакуум, почему атмосфера не рассеивается и не улетает в космос?
Главная причина — гравитация Земли.
Содержимое
Гравитация удерживает атмосферу
Планета притягивает все объекты, включая молекулы газов. Каждая частица воздуха имеет массу, поэтому на нее действует сила притяжения.
Чтобы покинуть Землю, объект должен развить скорость, достаточную для преодоления этого притяжения. Она называется второй космической скоростью и составляет около 11,2 километра в секунду.
Молекулы газа в атмосфере постоянно движутся, и чем выше температура, тем быстрее они движутся. Однако их скорость намного меньше. Для основных компонентов воздуха — азота и кислорода — типичные значения составляют несколько сотен метров в секунду, то есть в десятки раз меньше скорости, необходимой для ухода в космос.
Поэтому большинство молекул не может преодолеть земное притяжение и остается в составе атмосферы.
Почему часть газов все-таки теряется?
И все же атмосфера не полностью изолирована: Земля постепенно теряет часть газов.
Быстрее всего улетают самые легкие элементы — водород и гелий. Их атомы движутся быстрее остальных и иногда достигают скорости, позволяющей преодолеть притяжение планеты. Такой процесс называется атмосферным убеганием.
Кроме того, на верхние слои атмосферы воздействует солнечный ветер — поток заряженных частиц, который постоянно исходит от Солнца. Эти частицы могут сообщать молекулам газа дополнительную энергию, из-за чего часть из них уходит в космос.
Роль магнитного поля Земли
Важную роль в сохранении атмосферы играет магнитное поле Земли. Оно формирует вокруг планеты магнитосферу — огромную область, которая отклоняет большую часть солнечного ветра.
Благодаря этой защите солнечные частицы не могут напрямую «сдувать» атмосферу. Без магнитного поля потери газа были бы значительно сильнее.
Почему у других планет иначе?
Судьба атмосфер у разных планет Солнечной системы сложилась по-разному.
Марс значительно меньше Земли и лишен глобального магнитного поля. В результате солнечный ветер на протяжении миллиардов лет постепенно уносил его атмосферу в космос. Сегодня она крайне разреженная.
Венера, наоборот, по массе близка к Земле и удерживает чрезвычайно плотную атмосферу. Хотя у нее почти нет магнитного поля, сильная гравитация не позволяет газам быстро покидать планету.
У газовых гигантов — таких как Юпитер и Сатурн — гравитация настолько мощная, что они удерживают даже самые легкие газы, включая водород и гелий. В их случае атмосфера — это уже значительная часть планеты, а не тонкая внешняя оболочка.
Главное
Атмосфера Земли не улетает в космос благодаря сочетанию нескольких факторов.
Главный из них — гравитация, которая удерживает молекулы газа рядом с планетой. Дополнительно атмосферу защищает магнитное поле, уменьшающее воздействие солнечного ветра.
В результате Земля сохраняет свою атмосферу уже миллиарды лет, создавая стабильные условия, в которых смогла возникнуть и развиваться жизнь.
Читайте также: Просто о сложном: стратосфера.
