強大的宇宙真空環境，為什麼地球上的空氣沒有被宇宙真空吸收掉？

他是最受媒體歡迎的科學家，也是會寫詩的天文學家，儘管工作任務極為繁重，仍堅持以極大的熱情投身科學傳播，他就是張雙南。

我們特別收集整理了「悟空問答」上張雙南對部分提問的回答, 與您共享科學。本文為張雙南問答系列第十則。如果您有問題，可以在「悟空問答」提問。

張雙南

— 研究員 —

張雙南，科學院高能物理研究所研究員，科學院粒子天體物理重點實驗室主任。研究領域為黑洞、中子星、宇宙學和空間天文。天宮二號「天極」伽瑪射線暴偏振測量項目、「硬X射線調製望遠鏡」衛星項目以及若干大型國際合作空間天文項目首席科學家。

入選國家傑青、長江教授、「千人計劃」。獲「趙九章優秀中青年科學獎」、義大利Ferrara大學「哥白尼科學家獎」。

網友提問

強大的宇宙真空環境，為什麼地球上的空氣沒有被宇宙真空吸收掉？

這是一個特別好的問題！

簡單的回答是：因為地球有引力，比如越高的地方空氣越稀薄，這就是地球的引力的結果。

但是這樣的回答很顯然是不完整的，比如，月亮也有引力啊，月亮就沒有大氣層，也就是沒有空氣，那麼是不是月亮的引力不夠強呢？不完全是！水星的質量就大得多，但是也沒有空氣，很顯然它形成的時候各種化學反應也一定會產生很多空氣，但是現在都沒有了。

事實上，由於空氣是氣體，總是會向壓力小的區域擴散，如果只靠地球的引力，地球的空氣遲早都是會被真空吸光的。壓力就是由於空氣分子具有一定的溫度，分子就會運動，運動就產生了壓力。即使在離地面很高的地方，由於太陽光的照射和太陽風的高能粒子的轟擊，加熱的效果也足以讓氣體分子運動起來。那麼，地球已經有了幾十億年的歷史了，為什麼還有這麼豐富的空氣讓地球上的生命繁衍呢？

其根本原因就是地球有足夠強的磁場，一方面阻止了太陽風（帶電粒子）對地球大氣層的直接轟擊，另外，地球磁場束縛住的來自太陽風帶電粒子所形成的電離層就是地球的大氣的天然屏障，對地球的大氣層產生了一個壓力，所以地球並沒有直接暴露在真空環境中，然後再依靠地球自身的引力就把地球的大氣留在地球的上空了。

火星是太陽系內最接近地球環境的一個行星，這也是為什麼火星「移民」這麼熱的原因。但是火星上的大氣已經很稀薄了，也因此其表面也沒有液態水。但是以前火星上肯定不是這樣的，水和空氣應當特別豐富。火星變成了今天這麼慘的情況，就是由於它的磁場基本上消失了，於是失去了它最重要的保護。希望我們的地球最終不要變成這樣！

張雙南問答

黑洞的體積可以無限小嗎？

我們能看到非常遙遠的星系，為什麼看不清某個星球有沒有生命？

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一個恆星接近光速向地球運動，另一個接近光速離開地球，二者傳到地球的光速是一樣嗎？

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