地球拥有适宜生命存在的大气层,对我们来说这是生存的基本条件之一。然而,火星的大气层非常稀薄,表面压力仅为地球的0.08%。高海拔地区的气压也较低。然而,太阳系中仍有四颗气态行星,它们分别是木星、土星、天王星和海王星。这些行星没有固体表面,其大气层下方存在着被压缩成液态的氢等元素的海洋。这是因为这些行星质量巨大,能够吸引较轻的气体分子,如氢和氦。宇宙中这两种元素的丰度很高,因此气体行星的表面可以积聚大量氢和氦元素。当积聚足够多时,行星自身的高重力将压缩下方的氢元素,使其变为液态并形成液态氢的海洋。
木星是典型的气态行星,其氢含量接近太阳的质量,并且其质量是地球质量的318倍。仅其大气层的氢含量就几乎是地球质量的3倍。因此,气体行星通常比岩石行星更大。
岩石行星的大气层形成原因较为复杂,但通常受到四个因素的影响,包括行星自身质量、与恒星的距离、行星磁场的影响以及恒星风的影响。例如,地球拥有大气层的原因主要是由于其质量足够大,是太阳系八颗行星中质量最大的岩石行星,其引力能够吸引更多的空气。其次,地球离太阳并不太近,因此其大气层不会受到强烈太阳风的影响。此外,地球拥有自己的磁场保护着大气层,此磁场能够将大气层保护到离地球表面7万公里的范围内。因此,地球大气层受太阳风的影响相对较小。另外,太阳也是一颗辐射比较稳定的恒星,不会发出大范围的辐射恒星风。综合以上条件,地球能够存在相对稳定的大气层。
水星之所以没有大气层主要是因为它的质量很小,仅为地球质量的1/20左右,并且距离太阳太近。此外,水星本身没有磁场,因此无法吸引和保护大气层,即使它的大气层很小,也会被太阳风吹走,因此水星基本上是一颗没有大气层的行星。
火星的大气层较为稀薄,因为它的质量比较小,仅为地球质量的1/11,并且失去了磁场的保护。科学家认为火星过去可能有磁场,但后来消失了,无法解释其原因。这导致太阳风吹到火星表面,逐渐稀薄了火星的大气层。
然而金星似乎是个例外,尽管其质量小于地球,没有磁场,而且较接近太阳,但其表面大气压力却几乎是地球的一百倍。这看起来似乎不合理,但一般认为金星的大气层厚度与其成分有直接关系。金星的大气层主要由二氧化碳组成,已经测得比例高达98%。而且二氧化碳是一种比其他气体更重的气体,因此当这种气体大量积累时,大气层底部的压力会非常高,金星正是如此。由于严重的温室效应,大量的二氧化碳气体积聚在金星表面,难以扩散和转化为氧和碳,导致大量致密的二氧化碳分子。因此,金星的大气层非常厚。如果金星有磁场,其大气层可能更厚,甚至接近成为一颗气态行星。然而,由于没有磁场,一般认为金星的大气层会逐渐减少受太阳风吹拂的影响。还有人可能会想到土星的卫星泰坦,这颗行星质量并不大,也没有磁场,但其表面大气压力却是地球的15倍,并且其气体成分不主要是二氧化碳。这是为什么呢?实际上,泰坦有其独特的条件。首先,泰坦大部分时间都位于土星磁场中运行,从而受到土星磁场的保护。其次,泰坦离太阳较远,不受到强烈的太阳辐射和风的影响。此外,泰坦是土星所有卫星中质量最大的,能够吸收更多的大气层,因此其大气层相对较厚。