Тела солнечной системы — планеты и их спутники — делятся на две группы: имеющие атмосферу и лишенные ее. К первой группе принадлежат все большие планеты, за исключением Меркурия, ко второй — Меркурий и большинство спутников. Это деление определяется величиной тела, точнее, напряжением силы тяжести на его поверхности, зависящей от массы и радиуса тела. Если ускорение силы тяжести па поверхности Земли принять за единицу, то для других планет и Луны получим значения, показанные на таблице.
Сила тяжести Критическая скорость
Луна 0,16 2,4 км/сек.
Меркурий 0,27 3,6 км/сек.
Марс 0,38 5,0 км/сек.
Венера 0,85 10,2 км/сек.
Земля 1,00 11,2 км/сек.
Уран 0,92 21,0 км/сек.
Нептун 1,12 23,0 км/сек.
Сатурн 1,17 36,0 км/сек.
Юпитер 2,64 60,0 км/сек.
В этой таблице Луна и планеты расположены в порядке возрастания критической скорости, называемой также второй космической скоростью. Последняя необходима для того, чтобы всякое тело преодолело инерцией своего движения притяжение планеты и умчалось в космическое пространство. Граница между планетами и спутниками, имеющими атмосферу и лишенными ее, проходит близ Марса, атмосфера которого весьма разрежена. рассказывает о планетах, лишенных атмосферы.
Объяснение этим фактам дает кинетическая теория газов, согласно которой в каждом газе молекулы обладают быстрым движением (со скоростью, определяемой его молекулярным весом и температурой). Чем легче газ и чем выше температура, тем больше скорость. Так, например, при нуле градусов скорость движения молекул водорода равна 1,84, водяного пара — 0,62, азота — 0,49, кислорода — 0,46 километра в секунду. Однако эти числа дают лишь среднюю скорость движения молекул, так как под влиянием случайных взаимных столкновении отдельные молекулы приобретают скорость, сильно отличающуюся от средней. Скорости, превосходящие в два раза среднюю, встречаются у 20 процентов молекул, в три раза — только у 0,3 процента. При дальнейшем увеличении скорости вероятность приобретения молекулой скорости, в пять раз превышающей среднюю, совершенно ничтожна.
Применим эту теорию к атмосферам планет. Если температура и природа газа в верхних частях атмосферы таковы, что средняя скорость движения молекул в три раза меньше критической, то примерно из 300 молекул одна будет иметь критическую скорость и улетит из атмосферы в космическое пространство. Иначе говоря, такая молекула будет потеряна для планеты. Если подобный процесс будет идти непрерывно, то скоро планета утратит всю свою газовую оболочку. Но если средняя скорость молекул окажется в пять раз меньше критической, то положение резко изменится; молекул со скоростью, равной или большей критической, будет так мало и они будут возникать так редко, что о какой-нибудь заметной утечке газа говорить не придется и атмосфера будет прочно удерживаться планетой. Однако повышение температуры сильно ускоряет процесс утечки атмосферы: газ, который при нуле градусов еще совсем не улетучивается, при 100 градусах довольно быстро окажется потерянным планетой.
Газы атмосферного воздуха, казалось, могли бы удерживаться Луной. Однако в течение дня, длящегося на Луне две недели, температура ее поверхности повышается до 100 градусов, а при такой жаре ни кислород, ни азот не могли на ней надолго удержаться. В безвоздушном пространстве вода легко закипает, образуя легкий водяной пар, который и подавно улетучивается. Вот почему Луна теперь лишена атмосферы и воды, хотя, по всей вероятности, она имела их в далеком прошлом.
