1. Процесс медленного уничтожения атмосферы - это процесс диссипации, распыления газов по космическому пространству. Исследуя распределение яркости света по ночному небосводу с учетом влияния зодиакального света, академик В. Г. Фесенков в 1949 году подтвердил предположение некоторых ученых о том, что земная атмосфера имеет светящийся газовый хвост, как у комет. Хвост атмосферного газа вытянут в обратную от Солнца сторону, и стелется точно в плоскости эклиптики. От ночной стороны земного шара хвост атмосферы распространяется в мировое космическое пространство более чем на 200 тысяч километров в виде расходящегося конуса, имеющего раствор около 10?. Плотность воздуха вдоль хвоста убывает довольно медленно, приблизительно в 2 раза на каждые 4,7 радиуса Земли. Причиной описанного явления (как и у комет) может быть только фактор давления «солнечного ветра» на верхние слои атмосферы в одном направлении. Смотрите рисунок 24. Это наглядный пример "принудительного" рассеивания атмосферных газов (диссипации) по космическому пространству, несмотря на то, что гравитационное притяжение планеты направлено на удержание вокруг себя атмосферы. В 1986 году канадские ученые и их коллеги из США с помощью спектрометра, установленного на спутнике, определили, что ежегодно из полярных областей ионосферы теряется около 50 миллионов килограмм кислорода («Science News», 1986). Атомы кислорода получают высокие скорости движения в полярных областях атмосферы от ударов заряженных частиц «солнечного ветра» и космических лучей, которые концентрируются к полюсам благодаря сходящимся магнитным силовым линиям Земли. Дополним исследования рассуждениями. Кислород теряется не только с полюсов Земли, но и со всей поверхности ионосферы. Поэтому истинная масса годовой потери кислорода больше приблизительно в 20 раз, и достигает 1 миллиард килограмм в год. Общее количество кислорода в атмосфере составляет 1018 кг.
Рисунок 24. Диссипация атмосферных газов из атмосферы Земли.
Следовательно, весь атмосферный кислород рассеется по космическому пространству через 1 миллиард лет. Одновременно с кислородом диссипации подвергаются азот, углекислый газ, неон, пары воды, водород и другие газы. Точные расчеты показывают, что за год атмосфера Земли теряет 5 миллиардов килограмм газов, в основном азота и кислорода. Вся атмосфера Земли массой 5?1018 кг уничтожится диссипацией газов за миллиард лет.
До сих пор многие астрономы придерживаются представления о диссипации атмосферных газов, как о разновидности теплового хаотического движения атомов газов в самых верхних слоях атмосферы. Однако на верхние слои атмосферы действует не только тепловой, но и множество других физических факторов, которые превращают процесс диссипации атмосферных газов в мощный и безостановочный механизм. Перечислим основные факторы диссипации атмосферных газов. Характерно, что эти факторы противодействуют единственной силе - силе гравитационного притяжения атмосферных газов массой Земли.
1) Вакуумный фактор. Планеты располагаются в космическом пространстве, которое можно сравнить с абсолютным вакуумом. Из аэродинамики известно, что газы стремятся от среды с высокой плотностью (из плотных слоёв атмосферы) к более разреженной среде (в космический вакуум). Гравитационное притяжение планет хорошо удерживает те газы атмосферы, которые находятся на расстоянии более 100 километров от поверхности. Газы атмосферы, которые находятся на расстоянии от планеты в 1000 и более километров удерживаются гравитацией плохо. Около 5 миллиардов лет назад толщина земной атмосферы достигала 500 000 километров (сейчас 1000 километров). Поэтому при избытке газов атмосферы, что происходит на первых стадиях ее эволюции, можно предположить о существовании перемещения миллиардов тонн газов в космический вакуум.
2) Фактор механического выталкивания газов в космическое пространство. Атмосфера Земли 3 - 4 миллиардов лет назад была перенасыщена горячими газами и парами. Ее размеры достигали у Земли 300 000 километров, у Юпитера во время вулканической стадии - атмосфера была толщиной в несколько миллионов километров. Большая удаленность наружных слоев атмосферы значительно ослабляет гравитационные силы, и газы беспрепятственно растекаются по космическому пространству. Постоянное пополнение атмосферы новыми порциями раскаленных вулканических газов в прошлом приводило к чисто механическому выталкиванию газов из атмосферы планеты в окружающее пространство.
3) Тепловой фактор. Верхние слои атмосферы нагреваются до температуры 1000? К - 1500? К. Теплота - это хаотическое движение атомов вещества. При 10000? скорость движения атома азота достигает 10 километров в секунду. Только при 14000? атом атмосферного газа способен развить третью космическую скорость (17 километров / в секунду) и покинуть пределы земной атмосферы. Из приведенных данных видно, что если ограничить расчеты массы диссипирующих газов тепловым фактором, то потери атмосферы действительно покажутся незначительными.
4) «Солнечный ветер». Солнце излучает огромное количество ядер элементов. Сталкиваясь с атмосферными газами, ядра элементов передают им свои высокие скорости. Под действием «солнечного ветра» атомы азота и кислорода приобретают скорости в несколько десятков километров в секунду, и улетают в космическое пространство.
5) Солнечное электромагнитное излучение. На верхние слои атмосферы обрушивается мощное солнечное излучение, которое состоит из гамма-лучей (средняя энергия фотонов 108 эв), рентгеновских (104 эв), ультрафиолетовых лучей (10 эв), света видимого спектра (0,4 эв), инфракрасных лучей ­(10 - 2 эв), радиоволн (10 - 6 эв). Поток воздействует на молекулы газов атмосферы как мощное, постоянно действующее «световое давление».
6) Космические лучи. Космическое пространство заполнено космическими лучами, которые, представляют собой ядра атомов и элементарные частицы. Их скорость 300000 километров в секунду. В верхних слоях атмосферы происходит сталкивание этих частиц с молекулами газов, которым передается равное количество движения. Газы атмосферы приобретают скорости в несколько десятков километров в секунду и улетают в космическое пространство.
7) Магнитное поле Земли концентрирует заряженные частицы «солнечного ветра» и космических лучей на полюсах. Концентрированный пучок заряженных частиц мощной струей «бьет» газы верхних слоев атмосферы, и тем самым усиливает диссипацию атмосферных газов с полюсов планеты.
8) Воздействие на атмосферу Земли гравитационного притяжения Луны, Юпитера и других планет также усиливает процесс рассеивания атмосферных газов по космическому пространству.
Все описанные механизмы достаточно быстро уничтожают атмосферу Земли и других планет.
2. Длительность существования атмосферы у планет. Указанные факторы диссипации преодолевают гравитационное притяжение атмосферных газов к планете и медленно «растаскивают» атмосферу по космическому пространству. Особенно быстро теряется атмосфера у планеты, которая расположена близко к Солнцу (звезде). Атмосфера быстро теряется у малых по массе планет и дольше сохраняется у крупных планет, так как сила их гравитационного притяжения во много раз выше.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331