03.03 地球大气层与太空的分界线在哪里?为什么地球上的空气没有到太空里呢?

北方8688


到底太空的边界要定在何处?至今仍众说纷纭。

「飞向宇宙,浩瀚无垠!」(To Infinity… and Beyond.)——作为玩具总动员主角之一的巴斯光年,他乘载许多孩子成为太空人的梦想。

「飞向宇宙,浩瀚无垠!」图/imdb

随着科技的发展,这些年来,飞上太空变得容易许多,人们不需要先成为某个领域的专家,再经过艰苦的训练选拔才有机会坐上太空梭。

现今,飞上太空根据不同的公司有不同的明码标价,当然,所需要的金钱是名符其实的「天文」数字。但是「飞上太空」的标准究竟是什么?想像一下,当你花费全身家产,飞上太空后,却发现自己没到达太空,这是多么令人尴尬。

花钱进行太空旅行,你可能成为没上太空的太空人。

根据美国空军定义,太空人是曾经在海拔80公里以上飞行的人,并授予他们太空人之翼勋章(Astronaut Wings)。(除了一般太空人外,许多战机飞行员也获得此勋章。)

太空人之翼勋章。图/wikimedia

但根据国际航空联盟(Fédération Aéronautique Internationale)所承认的大气层和太空的界线,海拔100公里为外太空的起始线。

事实上,太空的起始点在国际间没有一致的定义,从海拔30公里、80公里、100公里甚至是150万公里都有人讨论过。现今,最被人广为接受的是国际航空联盟所承认的界线:卡门线(Kármán line),它一般被认为位于海拔100公里。

全世界最昂贵的界线:卡门线

为了纪念知名航空动力学家及航空学家西奥多·冯·卡门(Theodore von Kármán),太空与大气层的交界被命名为卡门线,一般被认为位于海拔100 公里。

大气层内的飞行器主要倚靠空气动力飞行。图/wikimedia

卡门线的判定,主要着眼于从科学的角度来看,「大气层」与「太空」中的飞行器所使用的飞行动力来源是不同的。

在大气层内的飞行器主要倚靠空气动力,如:热气球、大型客机等。然而,随着海拔高度逐渐上升,空气变得越来越稀薄,渐渐无法提供足够的动力,到了特定高度后,太空中的人造卫星变得依靠地球引力进行飞行。

我有异议,太空并没有那么高

任职于哈佛-史密森尼天体物理中心Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics的Jonathan C. McDowell 对此提出不同的看法,根据数十年来的数据及理论计算,他认为卡门线应该从海拔100 公里下修到80 公里。


图/wikimedia

首先,卡门线的定义为位于高度之上时,飞行器所受的轨道引力高过于空气上升力。但这个定义过于粗糙,不同的飞行器并不适用同一个卡门线高度,而飞行环境也是个巨大变数。

当考虑到飞行器本身的密度及环境的空气密度时,则必须要用有效卡门线(Effective Kármán line)来描述。而空气密度会受到地球经纬度以及太阳照射所影响。

McDowell以理论模型进行计算,加入经纬度以及太阳照射等参数,得出大部分飞行器及卫星的有效卡门线位于海拔70~90公里,而非现今100公里的卡门线。

太空中飞行器依靠地球引力进行飞行。图/pixabay

证据显示,他是对的。

McDowell收集了4 万3000 颗卫星轨道路径,这一些卫星在坠毁前,曾在地球卫星轨道绕行两圈以上,这轨道的最低高度位在海拔66~88 公里,这与他的理论计算结果惊人地相近。

除了理论计算与卫星轨道的纪录涵盖海拔80 公里外,这个高度也是中气层与增温层的交界,这时的温度与大气成分产生剧烈变化,因此McDowell 认为太空的最低界线应订为海拔80 公里。

卡门线的高度影响到谁

对于太空研究,这条线存不存在似乎都无伤大雅。然而,当牵涉到领空与国家主权时便非同小可。国际法上并未明确定义太空的领空,因此以间谍卫星收集敌国的情报资讯在法理上并未侵犯领空。(这也是为何美军能够多次透过卫星发现北韩的飞弹基地。)

即使各国太空计画蓬勃进行加上太空旅行的「普及化」,到目前为止,大部分国家仍拒绝有个太空边界与共同的太空法。这就像是个烫手山芋般,里头牵扯的政治利益太过于庞大复杂,各国政府都不愿正视。一旦太空旅行如同航空飞行一样普及时,卫星与太空船的航线会如同现今飞机航线一样紧密,势必需要有法律及相关机构统一管理。


科研小虫


地球大气层根据成分、温度和密度等因素的变化,可以划分为三层,从低到高分别是对流层、平流层和高层大气。对流层位于大气层的最底部,平均厚度大约为12千米,是地球大气层中密度最大的一层,集中了75%的大气成分,和几乎全部的水汽和固体杂质,绝大多数天气现象,如降水、降雪、冰雹、大雾、台风等都发生在对流层,空气以对流运动为主。人类就生活在对流层底部,对流层对人类的关系最为密切。

平流层位于对流层以上,范围大概在对流层顶部到50至55千米高度,平流层中的气温随着高度的升高而升高,平流层大气上热下冷,空气以平流运动为主。平流层空气已经很稀薄,含有极少的水汽和杂志,天气晴朗,适宜高空飞行。平流层以上部分称为高层大气,又可以分成中间层、热层和散逸层,其中包括电离层,对地球无线电通讯具有重要意义。


地理沙龙


这个地球大气层与真空的分界线是取决去地球引力的哦呵呵,大气层与真空环境几乎没有明确的分界线,越往上就越稀薄的照这样看来就是说地球的引力越往上就越弱了呵呵,大气层与真空环境是渐变的不是突然一下就没有了的呢


潇泗儿


你问的奇怪,地球本是太空一成员,从另一层次去解释,这是专家干的事,普通人干是费神不讨好,白费心思没必要。


苦命人1952


越往外大气层却稀薄 最后消失 大气层之所以没有飘走 是因为地球引力


乘风下翠微


按理,流动性物质会主动流问真空,但当引力过大时(包括磁场引力过大时)分子,原子,电子都会受引力控制。,,,地球电离层就是地球与太空的分界层。


别人家的瓜


引力,引力,引力。


呜哩哇啦zzz


这个没有明显的物理分界线的,大气层是越往外越渐浙稀薄。


daiyoyjq


一、分界线不会那么明显,应当有个渐薄的过程。至于那个极薄的点,大概是一千米位置。

二、空气没跑与地球引力有关系,与地球自身的循环系统有关系吧。


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