火星比地球小得多 什么 什么 火星表面的液态水难以长时间存在

Question

如题所述

Answer 1

这是一个好问题。

首先，有比较介绍逃逸速度。物体的动能和运动速度的平方成正比，如果速度足够快，它的动能将足以克服天体的引力势能，也就是从天体表面逃逸。这个速度也叫作第二宇宙速度，对于地球是11.2km/s，对火星是5.02km/s。这也容易理解，因为火星质量小，表面加速度小，所以逃逸速度也比地球小不少。

逃逸速度推导的过程可以参考百度百科词条：http://baike.baidu.com/link?url=JbZ_pMQvO5NF9pa09Q1an4HXDZj7jDcvjEjLRxOTZTURnOY8mXriKuGBKipI8FkkBbvkzctcRPVF-Tw-YGlLsq#4_2

接下来，需要理解的是气体分子的热运动。气体分子无时无刻都存在着无规律的热运动，称作布朗运动，可以参考下面的图片和百度百科的词条：

http://baike.baidu.com/view/17875.htm

气体分子的热运动的速度并不是固定的，而是受到热运动和气体分子分子量的影响。温度越高、气体的分子量越小，气体分子的热运动速度也就越快。其平均运动速度为：

在这里，我们可以代入水分子的分子量（18g/mol=0.018kg/mol）和火星表面温度（略低于0℃，估算为270K），可以计算出水分子的平均运动速度为564m/s。比起火星的逃逸速度小多了，照例说不会逃逸呀？

没错，但是气体分子的热运动速度并不是一致的，而是存在的统计学的规律，通常用麦克斯韦速率分布曲线来表示：

可以看到，有一部分气体分子热运动的速度超过了平均速度，甚至可以超过平均运动速率的几倍。如果某颗星求要能够长期留住某种气体分子，其表面逃逸速度必须达到平均运动速度十倍，才能让高能量气体分子的数量变得忽略不计。所以，火星的质量和引力，可以在一定时间内保留住水分子，但是并不能永久性的保留住气态水分子。

我们都知道液态水会蒸发，如果气态水分子在不断逃逸，那迟早会将星球表面的液态水蒸发逃逸干净。所以现在我们认为火星表面在某个历史阶段曾经存在过海洋，甚至有几亿年的时间，但是现在已经基本逃逸干净，成为了干燥的荒漠星球。

另外，有必要多说一句，因为二氧化碳分子量比较大，热运动速度比较慢，所以火星的引力可以长期留住二氧化碳分子。另外，地球大气中氢气的含量忽略不计，也是因为地球的引力太小，类似火星不能长期留住水分子一样留不住气体分子。

PS 下面这个课件不错，楼主有兴趣不妨一看：http://wenku.baidu.com/link?url=YLzPc79vnqM5xvLy9ht-HZX_fVjwP2ck_7i7I61qDfbhIwLxu4hCHFWIpAoHDZPnjgKxnRswHQm0WfjC1XhuTw5Icx7DhoFgLABjfARmylK

Answer 2

火星的大气层太过稀薄，导致了火星表面温度低，难以维持液态水，多以集中在两极和地下的冰为主，受到某些热源而融化的冰遇到冰冷而又干燥的火星空气时成为固态