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大气层
,'''大氣層''',均源自及也許是一層受到[[重力]]吸引聚攏在擁有巨大[[質量]]天體周圍的[[氣體]],而如果重力夠大且氣體的溫度夠低,就能長期保留住。有些[[行星]]擁有許多不同的主要氣體,並且有非常深厚的大氣(參見[[氣體巨星]])。
[[恆星大氣層]]這個名詞描述的是恆星外面的區域,典型的範圍是從不透明的[[光球]]開始向外的部份。相對來說是低溫的恆星,在它們外面的大氣層也許可以形成複合的分子。[[地球大氣層]],不僅包含有多數[[有機體]]呼吸所使用的[[氧]]和[[植物]]與[[海藻]]和[[藍綠藻]]行[[光合作用]]所使用的[[二氧化碳]],也保護生物的[[基因]]免於受到[[太陽]][[紫外線]][[輻射]]的傷害。它目前的組成是[[古大氣層]]生活在其中的有機體經過數億年的生物化學修改後的結果。
== 壓力 ==
[[氣壓]]是單位面積上受到周圍氣體垂直加諸於其上的力量,他取決於行星的重力和在地區上組合的空氣柱的總質量。根據國際認可的[[大氣(單位)|標準大氣]](atm)氣壓單位定義是101,325 [[帕斯卡(單位)|帕]](或是每平方公分1,013,250[[达因|達因]])。
大氣壓力因為在一個地點之上的氣體質量會隨著高度減少而降低,氣壓隨高度下降的係數為數學上的''[[E_(数学常数)|e]] ''([[無理數]],其近似值為2.71828),稱為[[大氣標高|高度標度]],並以''H''來表示。對一個溫度均勻一致的大氣層,高度標度與溫度成正比,並且與行星的重力加速度乘上乾燥空氣的[[分子質量]]成反比。像這種模式的大氣層,隨著高度的增加,壓力成指數的下降。但是,大氣層的溫度是不均勻的,所以要精確的測量某一特定高度的壓力是很複雜的
== 逃逸 ==
[[表面重力]],維繫大氣層的力量,在行星中是極不相同的。例如,巨大的行星[[木星]]有著非常大的重力,能夠保留住在較低的重力下會逃逸的[[氫]]和[[氦]]這種輕的氣體。其次,與太陽的距離確定可以用來加熱大氣的能量,能否加熱氣體使分子的[[熱運動]]超出行星的[[逃逸速度]]—氣體分子克服行星重力掌握所需的速度。因此,遙遠和寒冷的[[土衛六|泰坦]]和[[冥王星]]儘管重力相對較低,但仍能保有它們的大氣層。理論上,[[星際行星]]也許也能保有厚實的大氣層。
因為氣體在任何的特定溫度下都有大範圍的分子移動速度,所以總是會有一些氣體緩慢的滲漏至太空中。具有相同動能的氣體,輕的氣體運動的速度比重的氣體快,因此[[分子質量|分子量]]較低的氣體流失的比那些分子量較重的氣體更快。這被認為是[[金星]]和[[火星]]會失去它們的水的原因,因為當它們的水受到來自太陽的[[紫外線]]光解成為氫和氧之後,氫會逃逸而去。[[地球]]的[[磁場]]協助阻擋了會使氫加速逃逸的太陽風,然而,在過去的30億年,地球也許經由在極區的極光活動,損失了包括氧氣在內的2%大氣層。
其他也會造成[[大氣逃逸|大氣損耗]]的機制是[[太陽風]],包括飛濺、[[撞擊事件|撞擊]]侵蝕、[[天氣]]、和隱藏—"有時是指結冰"—進入[[風化層]]和[[極冰帽|極冠]]。
== 成分 ==
最初的大氣結構一般認為與在行星形成所在地點的[[太陽星雲]]有著一樣的化學成分和溫度,而內部的氣體隨後逃逸。這些原始的大氣層隨著時間的過去而逐漸的演變,因行星各自不同的特性造成非常不同的結果。
[[金星]]和[[火星]]的行星大氣主要的組成是[[二氧化碳]],還有少量的[[氮]]、[[氬]]、[[氧]]和可追蹤的其他氣體。
地球的大氣層主要由生活在其中生物產生的副產品來改造。[[地球大氣層]]包含大約(以摩爾容量/體積計算)78.08%的氮和20.95%的氧,數量易變(平均為0.247%,全球大氣研究中心)的水蒸氣、0.93%的氬、0.038%的二氧化碳,和微蹤的氫、氦以及其他的"惰性氣體"(揮發氣體的汙染)。
低溫和重力較強大的[[氣體巨星]]—[[木星]]、[[土星]]、[[天王星]]、和[[海王星]]—能夠輕易的保留住低[[分子量]]的氣體。這些行星有以氫-氦和微蹤的更複雜化合物構成的大氣層。
有兩顆外層行星的衛星有著不能忽視的大氣層:土星的衛星[[土衛六|泰坦]]和海王星的衛星[[海衛一|崔頓]],主要成分為氮。冥王星,在軌道的近日點附近,有著與崔頓相似,由氮和甲烷組成的大氣層,但在遠離太陽時氣體的大氣層會凍結。
太陽系內還有其他的天體有極端稀薄且不穩定的大氣層,這些包括[[月球]]([[鈉]]氣)、[[水星]](鈉氣)、[[木衛二]](氧氣)、[[木衛一]]([[硫]])和[[土衛二]](水蒸氣)。
行星[[HD 209458]]b是第一顆被[[哈伯太空望遠鏡]]測量出大氣層結構的[[系外行星]]。[[HD 209458]]是位於[[飛馬座]]的一顆恆星,[[HD 209458]]b是軌道靠近母恆星的氣體巨星,因此大氣層被加熱至超過1,000 K,並且穩定的逃逸入太空。氫、氧、碳和硫都在行星膨漲的大氣中被偵測出來。
== 構造 ==
=== 地球 ===
[[地球大氣層]]包括,從地面往上,[[對流層]](包括行星的邊界層或最底層的大氣)、[[平流层|-{zh-hans:平流层; zh-hant:同溫層;}-]]、[[中氣層]](散逸層)、[[熱成層]](增溫層,包含[[電離層]]和[[外逸層]]),還有[[磁層]]。每一層有不同的[[氣溫]],定義出溫度隨著高度的變化率。
3/4的大氣層在對流層內,並且這一層的厚度有很大的變化,在赤道的厚度達到17公里,在極區的厚度僅有7公里。[[臭氧層]],吸收來自太陽[[紫外線]]的能量,主要位於同溫層,高度在15至35公里。[[卡門線]]的位置在熱成層內,高度100公里處,通常被作為地球大氣層和太空的分界線。但是外逸層的高度可以從距離地表500公里延伸至1,000公里,並在該處與行星的磁層互動。
=== 其他 ===
其他已知有大氣層的天體列於下表。
==== 太陽系內 ====
* [[金星大氣層|金星]]
* [[月球#大气|月球]]
* [[火星大氣層|火星]]
* [[木星大氣層|木星]]
* [[木衛一|木卫一(艾奥)]]
* [[木卫二|木卫二(歐羅巴)]]
* [[木衛三|木卫三(盖米尼德)]]
* [[土星]]
* [[土衛六大氣層|土卫六(泰坦)]]
* [[土衛二|土卫二(恩克多拉斯)]]
* [[天王星大氣層|天王星]]
* [[海王星]]
* [[崔頓|海卫一(崔顿)]]
* [[冥王星大氣層|冥王星]]
* [[地球大氣層|地球]]
==== 太陽系外 ====
* [[HD 209458 b]]
== 循環 ==
當[[對流]]成為比[[熱輻射]]更有效率的運輸者時,由於溫度的差異造成了大氣的循環。在行星的主要熱源是來自太陽的輻射,在熱帶多餘的熱會輸送到更高的緯度。當行星的內部能產生相當數目的熱量時,例如[[木星]]的狀況,對流能經由大氣層將能量由內部區域的高溫傳送至表面。
== 重要性 ==
經由[[地質學]]家對行星的透視,大氣層是對行星演化[[比較解剖學|形態學]]的行為實質上的代理者。[[風]]運輸[[塵]][[土]]、侵蝕[[地形|地表]]和帶離[[淤積物(沉積物)|淤積]]和其他的微粒([[風成]]程序)。[[霜線|霜]]和[[降雨量(氣象學)|降雨]],取決於它們的成分,也影響到地表。氣候變化可能影響到行星的地質歷史,反過來,研究地球表面也可以對行星的大氣和氣候的現狀和過去有所了解。
對[[氣象學家]],測量大氣的構成可以確定[[氣候]]和它的變異。
對[[生物學家]],構造是和生命的出現與[[演變]]密不可分的。
[[恆星大氣層]]這個名詞描述的是恆星外面的區域,典型的範圍是從不透明的[[光球]]開始向外的部份。相對來說是低溫的恆星,在它們外面的大氣層也許可以形成複合的分子。[[地球大氣層]],不僅包含有多數[[有機體]]呼吸所使用的[[氧]]和[[植物]]與[[海藻]]和[[藍綠藻]]行[[光合作用]]所使用的[[二氧化碳]],也保護生物的[[基因]]免於受到[[太陽]][[紫外線]][[輻射]]的傷害。它目前的組成是[[古大氣層]]生活在其中的有機體經過數億年的生物化學修改後的結果。
== 壓力 ==
[[氣壓]]是單位面積上受到周圍氣體垂直加諸於其上的力量,他取決於行星的重力和在地區上組合的空氣柱的總質量。根據國際認可的[[大氣(單位)|標準大氣]](atm)氣壓單位定義是101,325 [[帕斯卡(單位)|帕]](或是每平方公分1,013,250[[达因|達因]])。
大氣壓力因為在一個地點之上的氣體質量會隨著高度減少而降低,氣壓隨高度下降的係數為數學上的''[[E_(数学常数)|e]] ''([[無理數]],其近似值為2.71828),稱為[[大氣標高|高度標度]],並以''H''來表示。對一個溫度均勻一致的大氣層,高度標度與溫度成正比,並且與行星的重力加速度乘上乾燥空氣的[[分子質量]]成反比。像這種模式的大氣層,隨著高度的增加,壓力成指數的下降。但是,大氣層的溫度是不均勻的,所以要精確的測量某一特定高度的壓力是很複雜的
== 逃逸 ==
[[表面重力]],維繫大氣層的力量,在行星中是極不相同的。例如,巨大的行星[[木星]]有著非常大的重力,能夠保留住在較低的重力下會逃逸的[[氫]]和[[氦]]這種輕的氣體。其次,與太陽的距離確定可以用來加熱大氣的能量,能否加熱氣體使分子的[[熱運動]]超出行星的[[逃逸速度]]—氣體分子克服行星重力掌握所需的速度。因此,遙遠和寒冷的[[土衛六|泰坦]]和[[冥王星]]儘管重力相對較低,但仍能保有它們的大氣層。理論上,[[星際行星]]也許也能保有厚實的大氣層。
因為氣體在任何的特定溫度下都有大範圍的分子移動速度,所以總是會有一些氣體緩慢的滲漏至太空中。具有相同動能的氣體,輕的氣體運動的速度比重的氣體快,因此[[分子質量|分子量]]較低的氣體流失的比那些分子量較重的氣體更快。這被認為是[[金星]]和[[火星]]會失去它們的水的原因,因為當它們的水受到來自太陽的[[紫外線]]光解成為氫和氧之後,氫會逃逸而去。[[地球]]的[[磁場]]協助阻擋了會使氫加速逃逸的太陽風,然而,在過去的30億年,地球也許經由在極區的極光活動,損失了包括氧氣在內的2%大氣層。
其他也會造成[[大氣逃逸|大氣損耗]]的機制是[[太陽風]],包括飛濺、[[撞擊事件|撞擊]]侵蝕、[[天氣]]、和隱藏—"有時是指結冰"—進入[[風化層]]和[[極冰帽|極冠]]。
== 成分 ==
最初的大氣結構一般認為與在行星形成所在地點的[[太陽星雲]]有著一樣的化學成分和溫度,而內部的氣體隨後逃逸。這些原始的大氣層隨著時間的過去而逐漸的演變,因行星各自不同的特性造成非常不同的結果。
[[金星]]和[[火星]]的行星大氣主要的組成是[[二氧化碳]],還有少量的[[氮]]、[[氬]]、[[氧]]和可追蹤的其他氣體。
地球的大氣層主要由生活在其中生物產生的副產品來改造。[[地球大氣層]]包含大約(以摩爾容量/體積計算)78.08%的氮和20.95%的氧,數量易變(平均為0.247%,全球大氣研究中心)的水蒸氣、0.93%的氬、0.038%的二氧化碳,和微蹤的氫、氦以及其他的"惰性氣體"(揮發氣體的汙染)。
低溫和重力較強大的[[氣體巨星]]—[[木星]]、[[土星]]、[[天王星]]、和[[海王星]]—能夠輕易的保留住低[[分子量]]的氣體。這些行星有以氫-氦和微蹤的更複雜化合物構成的大氣層。
有兩顆外層行星的衛星有著不能忽視的大氣層:土星的衛星[[土衛六|泰坦]]和海王星的衛星[[海衛一|崔頓]],主要成分為氮。冥王星,在軌道的近日點附近,有著與崔頓相似,由氮和甲烷組成的大氣層,但在遠離太陽時氣體的大氣層會凍結。
太陽系內還有其他的天體有極端稀薄且不穩定的大氣層,這些包括[[月球]]([[鈉]]氣)、[[水星]](鈉氣)、[[木衛二]](氧氣)、[[木衛一]]([[硫]])和[[土衛二]](水蒸氣)。
行星[[HD 209458]]b是第一顆被[[哈伯太空望遠鏡]]測量出大氣層結構的[[系外行星]]。[[HD 209458]]是位於[[飛馬座]]的一顆恆星,[[HD 209458]]b是軌道靠近母恆星的氣體巨星,因此大氣層被加熱至超過1,000 K,並且穩定的逃逸入太空。氫、氧、碳和硫都在行星膨漲的大氣中被偵測出來。
== 構造 ==
=== 地球 ===
[[地球大氣層]]包括,從地面往上,[[對流層]](包括行星的邊界層或最底層的大氣)、[[平流层|-{zh-hans:平流层; zh-hant:同溫層;}-]]、[[中氣層]](散逸層)、[[熱成層]](增溫層,包含[[電離層]]和[[外逸層]]),還有[[磁層]]。每一層有不同的[[氣溫]],定義出溫度隨著高度的變化率。
3/4的大氣層在對流層內,並且這一層的厚度有很大的變化,在赤道的厚度達到17公里,在極區的厚度僅有7公里。[[臭氧層]],吸收來自太陽[[紫外線]]的能量,主要位於同溫層,高度在15至35公里。[[卡門線]]的位置在熱成層內,高度100公里處,通常被作為地球大氣層和太空的分界線。但是外逸層的高度可以從距離地表500公里延伸至1,000公里,並在該處與行星的磁層互動。
=== 其他 ===
其他已知有大氣層的天體列於下表。
==== 太陽系內 ====
* [[金星大氣層|金星]]
* [[月球#大气|月球]]
* [[火星大氣層|火星]]
* [[木星大氣層|木星]]
* [[木衛一|木卫一(艾奥)]]
* [[木卫二|木卫二(歐羅巴)]]
* [[木衛三|木卫三(盖米尼德)]]
* [[土星]]
* [[土衛六大氣層|土卫六(泰坦)]]
* [[土衛二|土卫二(恩克多拉斯)]]
* [[天王星大氣層|天王星]]
* [[海王星]]
* [[崔頓|海卫一(崔顿)]]
* [[冥王星大氣層|冥王星]]
* [[地球大氣層|地球]]
==== 太陽系外 ====
* [[HD 209458 b]]
== 循環 ==
當[[對流]]成為比[[熱輻射]]更有效率的運輸者時,由於溫度的差異造成了大氣的循環。在行星的主要熱源是來自太陽的輻射,在熱帶多餘的熱會輸送到更高的緯度。當行星的內部能產生相當數目的熱量時,例如[[木星]]的狀況,對流能經由大氣層將能量由內部區域的高溫傳送至表面。
== 重要性 ==
經由[[地質學]]家對行星的透視,大氣層是對行星演化[[比較解剖學|形態學]]的行為實質上的代理者。[[風]]運輸[[塵]][[土]]、侵蝕[[地形|地表]]和帶離[[淤積物(沉積物)|淤積]]和其他的微粒([[風成]]程序)。[[霜線|霜]]和[[降雨量(氣象學)|降雨]],取決於它們的成分,也影響到地表。氣候變化可能影響到行星的地質歷史,反過來,研究地球表面也可以對行星的大氣和氣候的現狀和過去有所了解。
對[[氣象學家]],測量大氣的構成可以確定[[氣候]]和它的變異。
對[[生物學家]],構造是和生命的出現與[[演變]]密不可分的。