地球大气有个热层,温度高达千余摄氏度,航天器经过为啥没烧毁?

用户65268749


同学们根据日常生活经验,一般觉得,越往高海拔的地区走,气温下降越多;但是经验往往是靠不住的,沿着地球大气层垂直展开旅行的话,你会经历冰火几重天的难忘经历。

地球大气层的奥秘

大气层使我们人类有了温暖的环境生存,没有大气层,地球会是个冰球,平均温度大概只有零下50摄氏度,类似我们的兄弟行星——火星,或者月球。

如果失去大气层,先不谈温度将低得吓人;四面八方射来的宇宙射线、带电粒子、紫外线等,早就要了亲命啦。甚至,就算是一滴雨点,也可以直接把在座各位打晕在地。

我们的大气层很重要,但是它并不是很丰满的存在,别看它理论上延伸到约190km,但如果把地球缩小到一个普通地球仪大小的话,大气层大约就一两层漆的厚度而已。

科学上为了方便起见,把大气分成4个厚度不等的层次:对流层、平流层、中间层和电离层(热层)。

逐层体验一下大气层——对流层

话不多说,来一场说走就走的旅行,我们乘上一座直通月球的垂直电梯,亲身体验一把大气层的奥妙之处。


电梯以你工作公司所在大厦的速度启动,为了偷懒,我取10m/s,当然一般高速电梯能达到这个速度,但更多的是5-8m/s居多。

如果你身处赤道,1600s左右(16km)你就可以走完对流层;如果按照大家中国人所处的温带,也就1000s左右(10km)。80%的大气质量,都包含在这20来分钟的旅程中了。这里完全适用越往高处越冷的这个概念,10km高空的温度甚至会降至零下57摄氏度。

而且地球上几乎所有的陆地生命,都只能生存在这个圈层之内。

平流层、中间层、热层

离开对流层以后,由于臭氧层的热吸收作用,温度将出现第一次反转,温度很快会回升到大约4摄氏度。

大约经历80分钟,我们走了48km的路程,就来到了中间层,温度又将降到零下90摄氏度。

2个小时又10分钟,我们可以走完80km的路程,这时候,就来到了题主非常在意的热层了。没有错,这时候,你有温度计的话,测量到的温度将一下子上升到1500摄氏度以上,而且热层的日夜温差可达500摄氏度以上。

可我一点都不热,甚至还非常冷

这时候,我劝各位千万不要尝试打开电梯!当然不是由于实在太热,而是千真万确的——很冷。


在这样高度的温度已经只是一个个理论概念。温度其实只是衡量分子活动程度的一个标准。在海平面高度的地表,空气分子密度很大,一个分子只要运动极小的距离,大约百万分之一厘米,就会撞上另一个分子。由于几万亿个分子在不停撞击,大量的热量得到交换。所以这时候的热,是真的可以烫伤人的热。

但在热层的高度,80km高空,空气极其稀薄,两个气体分子通常会相隔数公里,几乎没有接触的机会。虽然每个气体分子的动能都很高,但彼此之间几乎没有影响,因此没有多少热量传递。所以,这时候的热,根本烫不伤人。

飞船安全吗?

卫星和宇宙飞船,在热层的高度工作,都表示情绪稳定,可以安心工作,不用担心烧毁的烦恼。


但是,这是指在热层活动,而不是从外层大气回到地球的过程。

宇宙飞船在外层大气重返地球的过程中,必须得小心翼翼马虎不得。虽然大气很稀薄,但飞船进入大气层的角度如果太大──大约6度以上—或者速度太快,一样会撞击大量气体分子,产生足够烧毁自身的热量。

2003年2月发生的“哥伦比亚”号航天飞机的悲剧就说明了这一点。

反之,如果返程的飞行器过于谨慎,进入大气层的角度太小,它将会被弹回太空,永远回不来老家。

结语

宇航员不是一般人,你想当就能当的。太空的环境和危险,可不是一场说走就走的旅行,所能概括的。

致敬人类飞向星辰大海的先驱!

致敬马斯克!


猫先生内涵科普


如今正是夏天季节,北半球各地高温不断,频频出现50摄氏度的高温,就连北极圈附近都出现了30度的气温,地面的温度已经很热,段里说越往大气层的高处气温会越低,但是当到达地球上空100~800公里的时候,那里的温度却高达1000℃左右,是不是难以置信?



在我们的地球上,有两个地方温度比较高,一个是地球的内部,从地表向下,温度会越来越高,地心位置的温度接近6000℃,比太阳的表面温度还高,是地球上温度最高的地方,而在地表之外,由于地表可以受到阳光的热量辐射,所以地表的温度也较高,但不可能超过100℃,地表向着大气层越高的地方温度越低,所以一些高山的顶部都是积雪覆盖,然而在大气层上部的热层(又称暖层、热成层、热气层或增温层)中,温度又陡然升高,以至于高达1000℃左右,真的是很神奇了。



大气热层位于中间层之上和散逸层之下,这里之所以温度极高,是由于这里的空气分子受太阳短波辐射的原因而处于高度电离的状态,太阳的短波辐射及和地球磁场使得这里的空气分子的电子能量增加,导致了这里的空气分子温度较高。因为温度本身就是物质内部分子和原子活动程度的物理量,太阳光辐射和地球磁场加速了这一层面的空气分子活动,造就了这里的高温,才有了大气热层的存在。


太阳光辐射和地球磁场还可以将大气层热层中某些层面的部分空气分子进行电离,由此形成了大气层的电离层,电离层可以反射无线电波,因此它又被科学家们利用来进行远距离无线电通信,广义上的电离层比大气热层还要广大,它位于距离地面50~1000公里的高度,而地球两极的极光现象,就位于这一层面中。

我们知道很多人造航天器飞行的高度大致都是在地面以上200~1000公里的范围中,很明显这些航天器就是飞行在大气层的热层之中啊,那么那里高达上千摄氏度的高温,为什么没有把那些航天器烧坏呢?就连神舟飞船等载人航天器经过大气热层都没有问题,这又是怎么回事呢?




实际上道理也很简单,地球的大气层虽然很厚,前几个月科学家监测到地表之外50万公里的范围仍然有地球的大气,但实际上大气层中较为浓厚的部分都集中在地表上方100公里以下的位置中,而且在地表上方10公里以上的高空中空气稀薄到连人的呼吸都已经很困难了,那里的气压已经很低了,100公里以上的大气层大气就更稀薄的多了。

在地表200公里以上的位置,空气已经稀薄到就像没有一样了,人造航天器在那里以每秒8公里的速度运行都畅通无阻,基本不会受到空气阻力的影响,说明那里的空气分子极其稀薄,所以虽然那里的空气分子的温度很高,但由于空气分子极其稀少,它们能作用到航天器上的热量也十分稀少,因此航天器在那里并不会被烧毁,甚至表面还会很冷。



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