Задание OGEPHYS5D816A: Движение частиц вещества. Связь скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение, диффузия

Атмосфера удерживается притяжением планеты, но частицы газа непрерывно движутся. Достаточно быстрые частицы могут покинуть планету. Поэтому сохранение атмосферы зависит одновременно от гравитационного удержания и от теплового движения газа.

Рассмотрим систему отсчёта, связанную с центром планеты; радиальную ось направим наружу. На радиально удаляющуюся частицу массы m со стороны планеты действует сила тяготения к центру. Вне столкновений и при пренебрежении другими воздействиями второй закон Ньютона в радиальной проекции для такого движения:
−F = ma_r;
F = GMmr².
Отрицательное ускорение тормозит удаление частицы. Однако одного наличия силы притяжения недостаточно: при большой начальной скорости частица всё же может уйти далеко от планеты.

Сопоставим данные условия. Марс находится значительно дальше от Солнца: 228 млн км против 58 млн км. Температура у его поверхности достигает лишь +35 °C, а у Меркурия — +430 °C. Более сильный нагрев увеличивает характерные скорости частиц газа и облегчает его потерю. Более холодные условия на Марсе помогают удерживать часть атмосферы. Кроме того, масса Марса почти вдвое больше: 10,7% земной против 5,5%; при оценке удержания учитывается всё гравитационное поле планеты, а не одна масса без её размеров. Указанное в тексте воздействие солнечного ветра также способствует потере газа у близкого к Солнцу Меркурия.

Проверка по таблице. Нельзя объяснять различие тем, что сила тяжести одной и той же частицы у поверхности Марса больше: приведённые g почти одинаковы, причём 3,71 м·с⁻² на Марсе немного меньше 3,77 м·с⁻² на Меркурии. Верное объяснение учитывает температуру, гравитационное удержание и близость к Солнцу. Марс сохранил разреженную атмосферу, а не полностью прекратил терять газ; это согласуется с указанным небольшим давлением 0,4–0,87 кПа.