Почему воздух не отсасывается от Земли?

Вакуум не всасывает воздух. В вакууме другой воздух выталкивает его в пустое пространство. Воздух, как и любой другой газ, будет расширяться, чтобы заполнить объем.

Таким образом, вы ожидаете, что атмосфера распространится, чтобы заполнить остальную часть Вселенной — и без гравитации, удерживающей ее на Земле, это будет делаться.

Редактировать: Да, воздух постоянно теряется. Молекулы в атмосфере движутся с разной скоростью, некоторые из самых быстрых будут двигаться достаточно быстро, чтобы иметь достаточно энергии, чтобы преодолеть гравитацию и убежать. Это особенно верно для самых легких элементов, например. Гелий, которые быстро движутся и меньше всего ощущают действие гравитации.

«Кто-то сказал Х, кто-то сказал Y» — в вашем случае X и Y — одно и то же. Гравитация — это то, что дает вам скорость убегания — без гравитации все скорости были бы скоростями убегания. Атмосфера уходит , так как определенная часть молекул воздуха все время приобретает достаточную скорость. Однако средняя скорость молекул воздуха намного меньше скорости убегания, так что это относительно редкое явление — каждую секунду мы теряем около 3 кг атмосферы. Звучит как много, но в атмосфере много воздуха, поэтому его хватило бы на миллиард лет, если бы скорость потерь оставалась постоянной.

На самом деле атмосфера просуществовала намного дольше и продлится довольно долго, потому что со временем она восполняется. Наиболее стабильной частью нашей атмосферы является азот, потому что его нелегко потерять (у него большая масса, а молекула очень стабильна); самые большие потери мы получаем от водорода, который постоянно пополняется в основном за счет водяного пара. Эрозия и вулканическая деятельность высвобождают огромное количество углекислого газа, который перерабатывается фотосинтетической жизнью для производства кислорода, и в основном улавливается и возвращается обратно в виде различных известняков и силикатов.

Прямо сейчас атмосферные потери довольно близки к равновесию - количество создаваемой новой атмосферы довольно близко к атмосферным потерям. Равновесие довольно стабильно — вы не получаете положительной обратной связи, когда большая потеря атмосферы приводит к еще большей потере атмосферы, на самом деле все наоборот.

Наконец-то нет сосания. Вы не можете втянуть объем воздуха — на самом деле происходит то, что окружающий воздух имеет более высокое давление, поэтому он перемещается в объем с низким давлением. Реальной силы нет, есть только статистика - для объема хаотично движущихся частиц ("идеальный газ") вероятность того, что молекула переместится из области высокого давления в область низкого давления, выше, чем наоборот. Со временем это примерно выравнивает давление в двух объемах — это точка, в которой переход от А к Б столь же вероятен, как и переход от Б к А.

Но даже тогда вы видите, что воздух просто распространился бы, чтобы заполнить всю вселенную поровну, без всасывания. Вот где вступает в действие гравитация — движение отдельных молекул воздуха больше не является полностью случайным, поскольку они притягиваются к центру планеты. Если молекула воздуха окажется на траектории, удаленной от Земли, она будет разворачиваться до тех пор, пока не укажет обратно на Землю (точно так же, как мяч возвращается на Землю, когда вы подбрасываете его вверх). И вот тут-то и появляется скорость убегания — это скорость, при которой земное притяжение недостаточно сильно, чтобы развернуть объект. Молекула по-прежнему постоянно ускоряется, возвращаясь к Земле, но сила гравитации (и, следовательно, ускорение) падает быстрее, чем скорость молекулы — молекула хорошо «избежала» гравитации.

Постарайтесь воздержаться от использования здесь слова «отстой», поскольку оно не имеет смысла. Воздух всегда будет перемещаться из области высокого давления в область низкого давления. Как и все остальное в природе; он пытается уравновесить себя.

Люди говорили, что за пределами Земли вакуум

Все они не правы, идеального вакуума не существует. Может быть, это немного педантично, но я думаю, что лучше сказать, что вне Земли давление очень , очень низкое (или «почти вакуум»).

Но воздух не засасывается с поверхности земли.

Да, это так, но лишь совсем незначительное количество очень быстро движущихся молекул способно преодолеть гравитационную силу, действующую на них со стороны земли, и улететь в космос. Исследователи обнаружили, что кислород (очень) медленно уходит из атмосферы Земли.

Вот несколько полезных изображений по ссылке, которую я предоставил:

Одни говорили, что это происходит из-за гравитации, а другие говорили, что скорость молекул воздуха недостаточно высока, чтобы улететь.

Те, кто сказал, что это произошло из-за силы тяжести, правы. Остальные неверны по причинам, которые я упомянул выше.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Комментарии под этим ответом выявили хороший момент в том, что в последней цитате оба аргумента одинаковы. Теперь я признаю, что эти утверждения очень похожи и могут быть истолкованы как одно и то же. Но я по-прежнему придерживаюсь того, что написал изначально.

Если бы во второй части цитаты говорилось, что «скорость всех молекул воздуха недостаточно высока, чтобы убежать». Тогда я бы согласился с комментариями и пересмотрел свой ответ.

Атмосфера плавно диффундирует в космическое пространство, не имея строгой границы. Приведенный вами пример с пылесосом — это не то же самое, что пылесос в открытом космосе. Рассмотрите землю и ее атмосферу как систему.$S$. Пылесос не удаляет воздух из$S$а просто перераспределяет его. Гравитационное поле Земли связывает молекулы на некотором среднем расстоянии от ее поверхности. Чтобы удалить частицы с этой поверхности, необходимо совершить работу, чтобы снабдить молекулы достаточной кинетической энергией, чтобы избежать гравитационного притяжения Земли. Простой вакуум не является источником энергии. С другой стороны, космические лучи изолируют внешние слои нашей атмосферы и часто позволяют некоторым газообразным ионам диффундировать дальше расчетной высоты атмосферы.

Есть еще один аспект этого расчета, который я еще не видел, поэтому я опубликую его здесь: восстановление межзвездной материи под действием Земли, проносящейся через пространство и собирающей материал по мере продвижения. Одна цифра для плотности межзвездного вещества составляет 1 атом (водорода) на см^3. Умножив это на орбитальную скорость Земли (30 км/сек) и площадь поперечного сечения планеты, я получаю массу, очень близкую к тем же 3 кг/сек, которые Луанн привел в своем очень обстоятельном ответе как величину атмосферных газов, обычно улетучивающихся путем простой диффузии в вакуум. Многое из того, что мы теряем, может быть восстановлено, просто сметая его с «пустого» пространства.

Пылесосы

Строго говоря, пылесосы не сосут, а дуют. Другими словами, вентилятор проталкивает воздух вниз по потоку через устройство и, в конечном итоге, из него. Вытесненный воздух приводит к образованию области более низкого давления перед вентилятором (ниже, чем окружающее). Это создает дисбаланс сил в воздухе перед вентилятором; этот дисбаланс заставляет воздух проходить через впускное отверстие в машину. Что бы это ни стоило, область низкого давления в работающем пылесосе далека от того, что можно было бы разумно назвать вакуумом (возможно, на один или два фунта на квадратный дюйм ниже температуры окружающей среды).

Побег с Земли

Для того чтобы что-либо покинуло Землю и никогда не вернется, будь то космический корабль, частица пыли или молекула, оно должно двигаться со скоростью убегания или выше — около 11 км/сек у поверхности Земли, чуть меньше на поверхности Земли. Линия Кармана (высота, считающаяся краем пространства). Чуть медленнее, и объект будет следовать по орбитальной траектории вокруг Земли или обратно на Землю.

Газ

Газ — это совокупность молекул, движущихся в пространстве, сталкивающихся с объектами или другими молекулами. Отдельные молекулы в образце газа будут иметь разные скорости в соответствии со статистическим распределением; средняя скорость (фактически кинетическая энергия) описывается параметром, который мы называем температурой.

происходит все время

Молекула газа может приобрести, скажем, в результате столкновения, космическую скорость, и если эта молекула оказалась достаточно высоко в атмосфере, чтобы не столкнуться ни с чем другим, она может навсегда покинуть Землю. Это происходит все время, просто не с такой скоростью, чтобы быть значимой. Если только молекулы не очень легкие, как водород или гелий. Именно потому, что они легкие, их легче разогнать до космической скорости в условиях, в которых другие молекулы, такие как азот и кислород, не могут этого сделать.

Существует баланс между силой тяжести и скоростью убегания. Когда скорость убегания очень высока, сила тяжести не может удержать частицу, и мы потеряем эту частицу. Гравитация зависит от массы планеты, но скорость убегания зависит от температуры. Если на Венере есть газ (раньше был?), то температура настолько высока, что газ имеет большую скорость убегания, и он будет терять газ до тех пор, пока не исчезнет. Для планеты, которая находится далеко от солнца (Марс?), сила гравитации может победить в битве с воздухом, который может находиться очень близко к поверхности земли. Если бы там были живые животные, они должны были бы ползать по полу, потому что температуры недостаточно, чтобы заставить воздух двигаться выше.

Вы упускаете гравитацию. Он удерживает весь атмосферный ансамбль связанным с землей, поскольку воздействует на каждую молекулу. Интересно отметить, что выше высоты, на которой молекулы не взаимодействуют друг с другом на расстояниях, превышающих то, что называется «высотой атмосферного масштаба» , существует теоретическая оценка нейтральных частиц, покидающих атмосферу, путем вычисления доли данного вида. со скоростями, превышающими скорость убегания. Этот дистрибутив известен как «Jeans Escape» .

Считается, что некоторые скалистые тела из нашей Солнечной системы потеряли большую часть своей атмосферы из-за утечки атмосферы, как на Марсе, который имеет более мягкое гравитационное притяжение. Тем не менее, теория об этом сильно зависит от взаимодействия с внутренней структурой планеты и не так проста.

Оно делает. Солнечный ветер, состоящий из заряженных энергичных частиц, будет сталкиваться с молекулами кислорода/азота и в некоторых случаях ускорять их до космической скорости. К счастью, магнитное поле Земли отклоняет большую часть этих заряженных частиц от плотной части нашей атмосферы. В отсутствие солнечного ветра азот и кислород имеют недостаточно энергии при нормальных температурах, чтобы достичь космической скорости. Однако водород и гелий быстро и легко покидают нашу атмосферу. Новый гелий постоянно попадает в атмосферу как побочный продукт радиоактивности (альфа-излучение радиоактивности представляет собой ядро ​​гелия, которому нужно только подобрать легкодоступный электрон для образования газообразного гелия).