大气层到底有多厚?

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加拿大宇航员哈里斯哈德菲尔德在太空中累计停留了166天。他和我们这些普通人看地球大气层的角度不一样。我们都是在地球上仰望天空,看到的是蓝天白云却看不到大气层边际。而哈德菲尔德则做到了俯视地球的大气层,因为他在空间站上。

图示:加拿大宇航员哈里斯哈德菲尔德

他说:“当你俯视大气层时,你根本感觉不到它的存在,但是当你向着和大气层平行的方向看去时,你会发现那一条细细并且薄薄的蓝线。看上去是多么的美丽有时多么的脆弱。”科学家总是喜欢用细细的蓝线来称呼地球的大气层。这就意味着地球的大气层在科学家的眼很薄,同时对于地球生命来说又非常重要。

图示:在空间站上看到的地球大气层

在地球的引力作用下,大量的气体聚集在了地球周围,形成了大气层。虽然科学家总是习惯叫它细细的蓝线,大气层还是很厚的。探空火箭在距离地面3000公里的高空仍然可以发现稀薄大气。甚至有人认为,大气层可能厚达6400公里左右。

图示:在空间站上看到的地球大气层

大气层到底有多厚呢?其实地球的大气层和外太空是没有明显的分界线的。大气层的空气密度随着高度的增加而降低,越是到高空空气就越稀薄。因为随着高度的增加,地球引力对空气分子的束缚力就越小,粒子就越容易摆脱引力的束缚发生逃逸。

图示:在空间站上俯视地球大气层

在距离地面16000空里的地方仍然会发现气体分子和基本粒子。这里既然还存在着气体分子基本粒子的话,那么这些气体分子和基本粒子还会向更远的地方扩散。更远的地方会向更更远的地方扩散。这就像一个无限接近零而永远不等于零的数字一样。最新研究表明,地球大气层竟延伸到了地面63万公里处。这可比地月距离都要远了。原来月球是在地球的大气层中运行啊。

图示:在空间站俯视地球

实际上,在地球表面1000公里处的高空空气密度就已经是海平面处的一亿亿分之一了。这里是大气层的散逸层,大气已经及其稀薄。再往上虽然还有大气分子的存在,但是个人觉得已经没有太多的实际意义了。

因此,通常把地面以上1000公里作为地球大气层的厚度。对于这个数字大家有什么看法么?欢迎点评。


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一般来说,当物体进入地球的大气层时,物体就会接触到大气层的气体,由于大气层的气体与物体产生摩擦,大量的热量将物体周围的大气加热到等离子体状态,于是我们也就可以看见光与热了,只不过这与我们平时所接触的普通燃烧有点不一样。


地球的大气层由地面向上分成四层:对流层、平流层、中间层、热层。大气圈的质量约为5000万亿吨,高层的密度比低层要小,越高越稀薄,90%的质量集中于海平面16公里以内的空间里,1000公里上下以氧为主;再往上2400公里上下以氦和氢为主,3000公里以上也就和星际空间的物质密度差不多了,2000-3000公里的高空是地球大气的上界。


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大气层到底有多厚,为什么能烧毁坠落的物体?

首先,如题我们分成两个问题,然后一一解答;

1、大气层到底有多厚?

高中地理课本貌似说的是2000-3000千米的厚度,越往上就越稀薄,所以很难有个具体的答案,而且地球大气层还有时刻都在逃逸的气体,所以我们的答案只能是约等于,没有1+1=2这样的具体答案哈。

2、为什么能烧毁坠落的物体?

这又得说道说道大气层了,因为大气层的厚实,加上坠落的物体在地球引力的加持下,其速度接近(第一宇宙速度7.9千米每秒)然后物体与大气层就有了摩擦热,使得物体达到燃点,加上我们的大气层有助燃气体-氧气,所以就会燃烧。如果我们在地面上也能做出速度达到7.9千米每秒的飞行器,那么不用经过大气层,光这样飞起来也会燃烧。


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大气层有多厚,已经有很多人回答了。我就只回答下为什么能烧毁物体,因为我觉得他们的回答没有答道点子上。

烧毁的原因——摩擦力

这个摩擦力来自大气层与航天器的相互作用。但是,我们平时的日常活动,甚至坐飞机也没有被烧毁啊。由此可见,这个摩擦力要达到烧毁的程度,必须要求速度足够大!

速度才是摩擦力增大的主要原因

我们看一下,航天器的运行速度,以天宫一号为例:正常情况下,天宫一号的运行速度约为每小时28440公里,即饶地球一圈100分钟。根据3.31日的轨道信息,天宫一号每天饶地球16.3圈,即一圈约88.3分钟,由此其速度约为465.6km/min,即27933.6km/h。这个速度是音速的22.8倍。

一般而言,当航天器下降到20km以下时,重力与气动阻力达成一个平衡,此时的速度约为150-200m/s,并保持这个速度下降。这个速度其实已经比民航的巡航速度低了一点点。所以,降到这个速度后,摩擦并不足以让航天器燃烧起来,最多也是维持而已。

为什么速度的影响这么大?

在力学中,加载的速率对材料的性能影响也非常大,我们叫它应变率效应。通俗的讲:加载速度大,材料反应时间慢。这时候,力的作用影响扩散不出去,就会集中在一个区域。相对来讲,材料就显得变“硬/刚”了。


大气也一样,速度快,大气层的反应时间来不及反应。大气层就会表现的更加粘稠了,从而摩擦力也更大了。这跟我们游泳的感觉是一致的。


总结

所以,航天器在大气层中烧毁,最主要的原因是由于高速运行导致的与大气层的摩擦生热。速度快,大气层来不及反应,外在表现就是显得更加粘稠,从而摩擦力增大。


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按大气层随高度的分布可以分为:

(1)对流层:在赤道区约16~18公里,中纬度区约10~12公里,两极区约7~8公里。

(2)平流层:(又称同温层)由对流层顶到离地表50公里高度的一层,

(3)中间层:(又称散逸层) 离地表50~85公里的一层,

(4)热层:,在离地表500公里处

大气层 atmosphere 又叫大气圈,地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气,占78.1%;氧气占20.9%;氩气占0.93%;还有少量的二氧化碳、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气氡气)和水蒸汽。大气层的空气密度随高度而减小,越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上,但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点,分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层,再上面就是星际空间了。

对于第二个问题 :因为大气层中空气有阻力,大气与物体有摩擦,空气对物体做工,当物体的速度足够快,会使物体的内能增加,温度升高,温度达到一定时,就会起火燃烧。这就是为什么很多的天体进入大气层都会燃烧。


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上个月美国NASA宣布了关于大气层新的探测结果,我们地球的大气层实际延伸到了地面以上64万公里处!



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大气厚是一千千米。


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大气层的厚度是不一样的,有的地方厚有的地方很薄,如高海拔地区、珠穆朗玛峰上空等。不要纠结到底有多厚。至于能烧毁坠落的物体,是因为物体高速坠落时与空气产生的剧烈摩擦,发热引起的高温燃烧所致。


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