地球的大气层是如何演变的？过去的地球真的和金星一样吗？由于自身引力的存在

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由于自身引力的存在，对于大部分行星和卫星而言，它们都会有一个大气层，但在太阳系内，我们找不到一颗可以让我们自由呼吸的星球。
这些行星或者卫星的大气层要么十分稠密，要么十分稀薄，而且它们几乎都没有气态氧气的存在。
现在的地球大气层拥有21%的氧气和78%的氮气，而且不是特别稠密，无论是动物，还是植物都比较适合这样的大气成分和大气压。

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那么为什么只有地球大气层拥有这样海量的氧气呢？或者说地球的大气层是如何演变的，它为什么和其它星球会如此不同呢？
地球上曾经的大气不像岩石那样容易留下证据，要重塑地球大气层的历史会更加的困难，不过一些证据可能提供参考，包括气体和地球岩石的相互作用，以及其它行星现有的气体情况。

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捕获气体时期
现在科学界普遍认为，太阳系起源于太阳星云，它是由气体和尘埃组成的“散装材料” ，其中最丰富的两种物质是氢和氦。
关于太阳星云最终变成太阳系的假设，现在已经有许多证据，其中包括猎户座星云(M42)中心2.5光年区域内被观察到的700多颗年轻恒星，以及150多个原行星盘——这些原行星盘很可能会诞生新的行星系统。

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M42中的原行星盘，图源：ESA/Hubble
当地球从原行星盘中诞生并且变得足够大之后，它的引力可以吸引周围的物质，许多氢和氦会被收入囊中。
但即便如此，最原始地球的大气层并不是这两种气体组成的。
这是因为气体分子的运动速度与它的质量和温度有关系，而当时的太阳和地球都很热，所以这些气体分子很容易达到逃逸速度。

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现在地球高层大气的温度在1000-2000摄氏度之间，考虑到在2000K（大约1727℃）的温度下，分子量大于10的化合物分子的平均速度才小于11.2km/s（地球的逃逸速度），氢气和氦气的分子量分别是2和4 ，所以它们基本很难被留住。
现在主流的观点认为，最原始地球的挥发性物质主要是含氢化合物（氦是惰性气体不容易以化合物形式保留），比如甲烷、氨、水等，这些气体都在气态巨行星上大量存在的；另外包括一些分子量大于10惰性气体，比如氖等，这些地球现在依然存在的稀有气体。

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早期太阳系，图源：NASA/JPL-Caltech
地球自己的排气
按照“原行星盘”的形成理论，太阳系早期拥有许多的“行星胚胎” ，最原始地球只是其中之一，它继续在“吸积”和碰撞中不断成长变大。
一些科学家认为，现在的火星是唯一幸存下来的“行星胚胎” ，因为相对于它的轨道，火星太小了。

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月球的撞击假说，图源：NASA/JPL-Calte
“吸积”和碰撞会释放出巨大的能量，这让早期的地球变成了一个“岩浆海洋” ，在被一颗被称为忒伊亚的原始行星撞击后，甚至整个星球进入熔融状态。
而太阳星云最初的挥发性物质的分子不仅以大气形式被捕获和流失，有一些还会覆盖在岩石材料的固体颗粒表面。