初中地理课上有句话,很多人记到现在:地球强大的磁场保护了大气层,让它免受太阳风攻击。老师通常会顺手补一刀——你看火星,没有磁场,就几乎没有大气。
但老师一般不会往下讲:离地球最近的金星,同样没有磁场,离太阳还更近,却顶着一层比地球还浓稠的大气。这件事本身就值得拆一拆。
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太阳风是炮弹,磁场是盾牌
太阳风是太阳往外喷射的高速粒子流,成分里大部分是质子、电子和氦核这类带电粒子。它们撞向地球时,地球的磁力线会发生一种叫“磁重联”的现象。前几天的极光,就是磁重联造成的。
地球磁场像一块无形的盾牌,让大部分太阳风粒子改变路线,保护大气层不被吹散。只有较强的太阳活动才可能刺穿这层盾,其余时候的攻击基本不足为惧。水星、木星、土星也有磁场,目前普遍认为来自行星内核中相对运动的铁。
金星和火星缺的正是这种磁场。那它们的大气命运为什么差这么远?
体积差异,先决定了重力底牌
火星半径只相当于月球的2倍,金星却几乎和地球一样大。同为岩石行星,体积差异直接拉开了重力加速度:金星的重力加速度值是8.87,和地球很接近;火星只有3.71,相当于地球的37%。
同等条件下,金星比火星更有能力留住大气。但火星可以不服气——金星离太阳比我近得多,这怎么算?
答案藏在金星朝向太阳的那一面。太阳风带电粒子轰击之下,那里刷出了一层电离层,被称为“诱发磁层”。它虽然只有半面,但从防御效果上说和地球磁层差不多,也会发生磁重联,抵御大部分太阳风的物理攻击。
盾不是100物防,逃逸成分才是关键
这层盾并非无懈可击。2005年发射的金星快车携带了空间等离子体和能量原子分析仪(ASPERA—4),它在金星背阴面发现大量离子逃逸。除氢以外,逃逸涡流的主要成分是氧,且氢与氧的损失比率约为2:1。
对比之下,重力加速度更小的火星,逃逸的基本上是氧和二氧化碳。差别就在这里:金星虽然保不住水,但能相对留住二氧化碳这类更重的大气成分,火星这方面的能力不足。
金星离太阳比地球更近,没有磁场保护,逃逸速率比地球更快。在太阳系形成后的前10亿年,金星上的大量水资源就是这样被吹走的。
有一张示意图夸张地画出了金星和地球的磁尾:金星的磁尾微弱而细长,地球的磁场则明显把太阳风偏转开了。
我们对这颗最近的行星了解还很浅薄。未来五到十年内应该会有新的探测器前往金星,到那时,或许能多知道一点。
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