一直以來,月球上有沒有水和空氣這一問題在學術界爭論不休。19世紀60年代,蘇格蘭數學家麥克斯韋和奧地利物理學家玻爾茲曼分別發現了氣體動力理論,指出分子的平均速率與絕對溫度成正比,與分子質量平方成反比。任何天體都有自己的“逃逸速度”,當物體運動速度達到或超過“逃逸速度”時,不論是飛船還是分子,都會永遠離開這個天體。
地球的“逃逸速度”是11.2千米/秒,即第三宇宙速度,因此,地球大氣在幾十億年之內不會有太多損失。但如果地球的平均溫度快速升高到一定的值,則地球會很快損失掉它的全部大氣,成為一個沒有空氣和水的行星。月球的“逃逸速度”為2.37千米/秒,同一氣體中相當多的分子會超過此速度而散失。
月球上沒有液態水,當然更沒有江河湖海。水易蒸發變成氣體,在適當溫度下,水蒸氣又重新凝結成液體的水。所以,在特定溫度下,只要水蒸氣不被帶走,液體水與水蒸氣就很容易取得平衡。但如果沒有水蒸氣,就沒有這種平衡,越來越多的水蒸發成水蒸氣,直到一滴都不剩。如果月球上有水,那么當水成為水蒸氣后就會散失到宇宙空間中去,這是因為月球引力拉不住相對分子質量為18的水分子。這樣,月球的水就會全部蒸發掉。并且,在月球最初形成的階段,由于溫度非常高,即便是堅硬的巖石也會被融化,因此,更不可能有水的存在。
從月球的質量和半徑的數據可以算出月球的重力只有地球表面重力的1/6,地球上一個體重60千克的人,到月球上只有10千克重。微弱的重力使月球更加保持不住大氣層。另外,由于月球自轉速度慢,使得太陽會長時間照射在月球的一面上,再加上沒有大氣層的保護,使得月球的溫度比地球高出許多,這更降低了月球上存在水的可能性。
在月球上,生命的三大基本要素——空氣、水和適宜的溫度,一樣也不具備。因此,對于月球表面的環境,我們可以用一句話來概括:月球是一個無風、無水、無聲響、無生命、冷熱劇變的荒涼的世界。
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