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主题：【请教】金星凭什么维持这么高的大气密度？ -- 馄饨
家园 【请教】金星凭什么维持这么高的大气密度？ 我们知道行星的大气密度是一个动态平衡过程。一方面，逸散层的大气分子会摆脱行星引力的束缚飞向星际空间；另一方面，行星也会捕获星际空间中的气体粒子，或者从星体本身的气体喷发中补充大气密度。
由于高温和小质量对逸散过程有利，因此这样的石质星体大气密度一般都不高，比如火星质量为地球的15%，平均温度220K，大气密度为地球的1%；水星质量为地球的5.6%，平均温度450K，大气密度几乎为0（完全来自于太阳风的可怜补充）；月球质量为地球的1.2%，平均温度250K，大气密度就是0。
而金星是一个奇特的例外，它的质量为地球的80%，平均温度750K，维持大气的能力本应逊于地球，但是它的大气密度高达地球的100倍。
究竟是什么原因，使得金星能够维持如此稠密的大气？最直接的看法是行星本身的气体喷发。但这要求金星表面的气体喷发速度至少是地球的100倍，似乎不太现实，而且至今也没有确凿的证据表明金星表面有火山爆发。
另一个看法是金星的引力足够维持高温稠密大气。的确，作为金星大气的主要成分，CO2分子在750K下的平均热运动速度仅为500多m/s，远低于金星的逃逸速度（9km/s左右），能够摆脱金星引力的CO2分子寥寥无几。但是这样一来，地球就成了反常的异数：地球的质量、温度表明它能够维持比金星更浓密的大气，但至少在最近的几亿年里，前者的大气密度只有后者的1/100。不管怎样，地球和金星之间至少有一个是异数，或者，大家都是另类。
或者，还有其他原因？
家园 【探讨】金星和地球的大气压凭什么差别这么大 我们知道行星的大气密度是一个动态平衡过程。一方面，逸散层的大气分子会摆脱行星引力的束缚飞向星际空间；另一方面，行星也会捕获星际空间中的气体粒子，或者从星体本身的气体喷发中补充大气密度。由于高温和小质量对逸散过程有利，因此这样的石质星体大气密度一般都不高，比如火星质量为地球的15%，平均温度220K，大气密度为地球的1%；水星质量为地球的5.6%，平均温度450K，大气密度几乎为0（完全来自于太阳风的可怜补充）；月球质量为地球的1.2%，平均温度250K，大气密度就是0。
而金星是一个奇特的例外，它的质量为地球的80%，平均温度750K，维持大气的能力本应逊于地球，但是它的大气密度高达地球的100倍。
究竟是什么原因，使得金星能够维持如此稠密的大气？最直接的看法是行星本身的气体喷发。但这要求金星表面的气体喷发速度至少是地球的100倍，似乎不太现实，而且至今也没有确凿的证据表明金星表面有火山爆发。
另一个看法是金星的引力足够维持高温稠密大气。的确，作为金星大气的主要成分，CO2分子在750K下的平均热运动速度仅为500多m/s，远低于金星的逃逸速度（9km/s左右），能够摆脱金星引力的CO2分子寥寥无几。但是这样一来，地球就成了反常的异数：地球的质量、温度表明它能够维持比金星更浓密的大气，但至少在最近的几亿年里，前者的大气密度只有后者的1/100。不管怎样，地球和金星之间至少有一个是异数，或者，大家都是另类。
或者，还有其他原因？
你这里关于大气解说得非常清楚，但关于金星大气密度形成的假设有点草率。
在我看来，金星与地球质量相同，表面重力加速度确实应该是相近的，那么金星的表面大气压为什么会是地球的90倍以上呢？我想这显然是由于金星大气密度太大，大概是地球大气密度90倍造成的。
而金星的大气由于主要是二氧化碳，则其密度形成应该主要是由于本身的气体喷发，而非太空捕获。但金星具有密度极高的大气这并不需要假定表面的气体喷发速度至少是地球的100倍。因为像你文中介绍的，二氧化碳的运动速度小于金星的逃逸速度，而二氧化碳气体相对来说不容易与金星地方物质发生化学反应，因此金星产生的二氧化碳总是最终要积累起来，于是随着漫长的星球进化，金星大气的二氧化碳含量越来越多，形成了密度极高的大气层（大气密度达到地球密度的90倍以上）。所以，更有可能的是尽管进行表面产生二氧化碳的速度并不见得高，但时间长了积累起来，自然密度就大了。
理解了进行大气密度大的原因，那么为什么二氧化碳没有在地球上积累起来，而形成类似进行的浓密大气呢。这正回答了你的疑问，因为地球是个异数，早期地球上出现了生命。地球最初的大气层也应该与金星早期类似，大气中二氧化碳占一定成分，但由于液态水的存在，由于生命的产生，使得地球成为一个反馈系统，最终使得地区大气达到系统平衡（包括气压，气体密度，温度等等），成为今天这个样子。
如果把金星和地球大气环境考虑成系统的话，地球应该是个具有自我调节能力的闭环系统，生物对环境系统的调节显然应该是两个星球环境差别的主要原因。
还有一篇帖子，也谈到金星的大气环境。链接出处
关键词(Tags): #心爱科学， 元宝推荐：Highway,家园 【建议】偷换概念。不是大气密度，而是大气压力（原因如下并解释） 金星7号”测得金星表面大气压力强至少为地球的90倍，温度高达470℃。金星大气有97％是二氧化碳，还有少量的氮、氩及一氧化碳和水蒸气。主要由二氧化碳组成的金星大气，好似温室的保护罩一样，它只让太阳光的热量进来，不让其热量跑出去，因此形成金星表面的高温和高压环境。 金星大气也有明显的分层，近表面32公里内是一层透明洁净的大气， 往上到48公里是一层浓雾区，在48-70公里则是一层终年不散的厚云区，它使人无法看到金星的表面。70公里以上则是薄雾区。1974年，“水手10号”拍得了很有特征的“Ｙ”形 云，那里的云层平均4天绕金星一圈，而近表面的大气几乎是宁静的。雾层中主要成份是浓度很高的硫酸雾滴。
见链接http://www.pmo.jsinfo.net/wenben/tancejx.htm。
以470℃，100大气压来算，可以估计金星的density of CO2
金星：PV/T=nR P=100大气压 T=740k, V=1 m3（立方m),
R=8.314 n=1718mol.
Density of CO2=1718*44/1=75000g/m3
地球，如果也是ＣＯ２， １个大气压，１mol, 室温(25 C)，体积是２２．４ｌ, density of CO2=44g/22.4l=2000g/m3.
如果以0.2mol的氧气，0.8mol 的氮气来算（真实的地球大气），density=(0.22*32+0.8*28)/22.4L=1160g/m3. 如果以同样的组成放在金星上，也为100大气压来算。P1V1/T1=P2V2/T2
1*22.4/298=100*V2/740 (25 C=298K ,470 C=743k)V2=0.55L, Density=(32*0.2+28*0.8)/0.5L=47000g/m3
因此可以看出金星的大气mi度比地球的高，主要原因是它的组成,高压力(来源于外层硫酸雾滴和温室效应？）和温度影响的。而非是说不清道不ming所致。
对于火星，其大气中二氧化碳的含量占95%，但由于火星表面温度很低，大量的二氧化碳被冷却成固态，附着在火星表面和两极。因此，火星的大气密度实际上非常低，只相当于金星大气中二氧化碳浓度的万分之一。
家园 那么我换一个问法，金星凭什么维持这么高的大气压力？ 对于等容过程，高温导致高压是对的；但大气层不是一个恒定的容器。大气压的来源是气体重力，和气体温度无关；只要能保持这些气体分子的数量，金星气温就是升到7500K也还是100个大气压。
如果考虑到气体分子的逸散的话，高温对保持高的大气压反而是不利的。
90多个大气压意味着金星的大气分子数量是地球的60多倍（考虑到大气组分），750K意味着分子平均运动速度是地球上的1.2倍。我的意思是，假如金星大气是处于平衡状态的话，它凭什么能够束缚住这么多分子？
家园 【可能原因】大气层也许近似为一个恒定的容器？ 金星大气也有明显的分层，近表面32公里内是一层透明洁净的大气， 往上到48公里是一层浓雾区，在48-70公里则是一层终年不散的厚云区，它使人无法看到金星的表面。70公里以上则是薄雾区。1974年，“水手10号”拍得了很有特征的“Ｙ”形 云，那里的云层平均4天绕金星一圈，而近表面的大气几乎是宁静的。雾层中主要成份是浓度很高的硫酸雾滴。在距离地面30千米到45千米的地方有一层像雾一样的硫酸气体，这种硫酸雾厚度大约25千米，具有很强的腐蚀性。（金星的奇特大气 金星大气可分为下层、云层和上层三个层次。距星面５０公里以下为下层，除有二氧化碳和水蒸气外，还有氟和氢氟酸。距星面５０～１００公里为浓密的云层，主要由硫酸液滴组成，还有少量盐酸、氢氟酸和氟硫酸等。http://www.bjkp.gov.cn/gkjqy/kjkx/k30317-03.htm）
对于地球来说：整个大气圈质量的90％都集中在高于海平面16公里以内的空间里。再往上去当升高到比海平面高出80公里的高度，大气圈质量的99.999％都集中在这个界限以下，而所乘无几的大气却占据了这个界限以上的极大的空间。(全部大气圈的重量大约为5×10万吨)
基本上可以看到，金星的大气质量应该比地球的多。（金星３２公里的ＣＯ２，１６公里的硫酸层〔浓度很高的硫酸雾滴〕，地球的主要大气质量在１６公里的大气层内。这是从大气的重力来说，金星应该比地球的大。（大多少，可以计算）。
另外从温度的角度来讲：有一个梯度递减的温度，在外层大气中，不可能保持地表的４５０度，在外围可以认为温度接近星际空间的温度，逃逸速度就不会快，也许是动态平衡。
所以整个金星的大气可以认为：很多（质量）的高温ＣＯ２，外围被很多质量的硫酸包围（象一个容器，逃逸速度小），所以近似认为是等容过程。如你所说，压力来源于质量，金星的大气质量应该比地球的多，再加上高温等容，所以能够保持这样高的压力。
不知对否，探讨探讨。
元宝推荐：Highway,家园 等容过程似乎有问题吧？ 硫酸盖子的质量就算再大，也只能提供恒定的压力，说是等压容器倒还比较像。而且硫酸层的质量并不是很大。你那篇引文说40km的气压为20，那么酸雾下沿（32km？）的气压应该30+；而地表气压90+，那么硫酸盖子的质量不会超过下面CO2的1/2。
不过这顶硫酸帽子确实有利于维持大气分子。硫酸的分子量（98）是CO2的2倍多，同等温度下平均热运动速率是后者的2/3。但这也有一个问题：金星为什么能够维持这样一种倒置的大气分层机构。我们知道地球的大气组分，从对流层到平流层到电离层，并没有很大差异。
关于高层大气温度问题。的确，用近地点温度是不对的，对分子逸散起作用的是逃逸层温度。不过温度随高度的变化是一个很有意思的现象，地球的大气温度在电离层底部达到最低点，然后开始上升，在电离层顶部可达1000K+，在逃逸层可达数千K，并且随太阳辐射的强度而变化。考虑到金星离太阳更近，似乎没有理由认为金星的逃逸层温度会低于地球。
家园 我用了简单化的模型。 严格的说，等容过程是有问题的。为了比较形象地说明，我近似认为硫酸层就象容器壁，所以有等容过程一说。当然压力主要原因还是金星的大气质量远远大于地球的。而温度，有一个递减的过程，然后是递增。但是考虑到电离层以后的大气质量微不足道，所以就把它忽略了，就只考虑了递减的过程。金星为什么能够维持这样一种倒置的大气分层机构。我们知道地球的大气组分，从对流层到平流层到电离层，并没有很大差异。
原因也不太清楚，可能因为金星的大气组成和它的地表高温导致的。硫酸在地表高温作用下，挥发到高空，然后冷凝，被万有引力和高空气流平衡作用而维持在一定的高度。猜测猜测而已。没有根据。多多见教。
家园 看来这个话题没法深入下去了 我们都是在凭一些基本的物理知识臆测而已，对实际情况几乎一无所知。
河里有达人吗？出来冒个泡？
家园 俺也不知道,但是 磁场也有影响. 火星就因为没有磁场,她的大气早就被太阳射线卷走了. 地球的大气层每时每刻也在减少. 谁知道有关金星磁场的?