Например, выкачаем весь воздух из какого-либо сосуда и тем самым создадим вакуум внутри него. Допустим, сосуд находится на поверхности Земли, на уровне моря. Что же будет если разгерметизировать сосуд?
Воздух устремится в него и в итоге полностью заполнит. Но почему так случилось? Разве существенную роль сыграл вакуум?
Нет, это произошло из-за того, что воздух вокруг коробки находится под давлением и под его воздействием заполняет безвоздушное пространство. Тогда возникает вопрос, откуда давление и почему оно никак не способствует заполнению космического вакуума?
Большую часть нашей атмосферы (около 78%) составляет азот. При 25 °C молекула азота имеет среднюю скорость порядка 511 м/с.
Представим себе, что молекула азота отскочила от поверхности Земли, продолжая движение в космос.Скорее всего она заденет другую молекулу и её траектория поменяется, но если этого не случится, что будет дальше?Согласно первому закону Ньютона: любой объект остаётся в состоянии покоя или движется равномерно по прямой линии, если на него
не оказывается воздействие внешних сил.
Начальная скорость молекулы азота составляет 511 м/с,
а ускорение 9.8 м/с². Это позволит частице достичь высоты более
13 300 м, после чего скорость сравняется с нулём и она начнёт падать.
Тогда с какой же скоростью должна двигаться молекула, чтобы покинуть пределы планеты?
Существует концепция скорости убегания, согласно которой для путешествия в открытый космос частице азота необходима скорость более 11 180 000 м/с. Но существенная причина, препятствующая достижению такой скорости для неё — давление.
Давление воздуха неравномерно по всей атмосфере
Чем ниже высота, тем выше давление воздуха. По мере увеличения высоты над поверхностью, воздушное давление понижается, вплоть до верхних границ атмосферы, где равно практически нулю. Но это не значит, что там перестаёт действовать гравитация.
Гравитация — это первоочередная причина, по которой на нашей планете сохраняется атмосфера. Благодаря гравитации атмосфера притягивается, сжимается, и возникает воздушное давление.
Вспомним, что скорость молекулы азота в 511 м/с является средним значением. И некоторые частицы, при определённом стечении обстоятельств могут набрать необходимую скорость, чтобы отправиться
в открытый космос. Кроме того, речь шла об азоте, но это не единственная составляющая нашей атмосферы. Из закона идеального газа можно найти зависимость: менее массивные молекулы, чем частицы азота имеют большую среднюю скорость.
Так молекулы водорода имеют среднюю скорость 1930 м/с. Это далеко до скорости убегания, но при этом повышает шансы водорода
на экскурсию по космическому пространству. И именно такую картину можно наблюдать. Более 95 000 тонн водорода ежегодно улетучивается из нашей атмосферы. В общем, поводов для беспокойства нет, ведь это всего 170 триллиардных долей процента от наших запасов.Но, если бы существовал механизм отключения гравитации, то атмосфера попросту оттолкнулась от Земли и устремилась в открытый космос.