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根據科學家的估計,地球每天都要接受將近50噸的隕石造訪。
是的,你沒有聽錯,這個(ge) 數據是來自於(yu) NASA的官網。既然每天都有這麽(me) 多隕石掉下來,為(wei) 什麽(me) 我們(men) 卻沒有感覺呢?因為(wei) 真正能夠到達地麵的隕石是非常少的,可能隻有不到50顆,而其餘(yu) 的都在與(yu) 大氣的摩擦中燃燒殆盡了。是啊,地球有著濃密的大氣,當有物質被地球的引力捕獲而墜落地球時,由於(yu) 速度很快,會(hui) 與(yu) 大氣發生激烈的摩擦,以致燃燒銷蝕。隕石如此,搭載航天員的返回艙也是如此,所以返回艙外表的防熱塗層就顯得非常重要,如果沒有防熱塗層,返回艙可就變成一個(ge) 封閉的鐵鍋了。
隕石與(yu) 飛船都會(hui) 與(yu) 大氣發生摩擦而銷蝕,那如果是一張紙呢?從(cong) 太空中扔一張紙,它是否能夠平安落地呢?
也許你會(hui) 覺得這不需要討論,直接做實驗不就好了嗎?事實上要做這個(ge) 實驗是非常困難的。直接從(cong) 空間站上扔出一張紙不行嗎?不行,因為(wei) 空間站並非靜止不動的。包括空間站在內(nei) 所有運行於(yu) 地球軌道的航天器都在圍繞地球高速運動,它們(men) 的速度至少都在第一宇宙速度之上,也就是每秒7.9千米。從(cong) 一個(ge) 運動速度為(wei) 每秒7.9千米的航天器上扔出一張紙,這張紙的運動速度同樣也為(wei) 每秒7.9千米,而一張運動速度達到第一宇宙速度的紙會(hui) 如其他航天器一樣,圍繞地球進行運動。
由此可見,扔紙隻能是一個(ge) 思想實驗,我們(men) 要保證這張紙扔出來時的初速度是為(wei) 零的。
一張初始速度為(wei) 零的紙會(hui) 因地球引力的作用而向地球墜落,且墜落的速度會(hui) 逐漸增加。在沒有空氣阻力的情況下,所有物體(ti) 的墜落速度都是相等的,所以起初這張紙的速度與(yu) 隕石是沒有什麽(me) 區別的。如果我們(men) 假設這張紙的初始下落高度為(wei) 400千米以上,根據自由落體(ti) 公式,當它下降到距地表100公裏左右的位置時,它的速度將會(hui) 達到每秒2000米以上,按照這樣的速度,這張紙瞬間就會(hui) 在與(yu) 大氣的摩擦中燃燒成灰。不過,實際問題要比這複雜一些,因為(wei) 地球大氣由稀疏變濃密是有一個(ge) 過程的。
我們(men) 知道,地球大氣從(cong) 下往上,依次分為(wei) 對流層、平流層、中間層以及熱層。
不過每一層並沒有明顯的界限,同樣的,地球大氣的密度從(cong) 上往下是逐漸提高的,但每一層的密度也沒有明顯的界限。所以,當一張紙從(cong) 太空開始向地球墜落的時候,所遭遇的空氣阻力是逐步提升的,所以它的速度會(hui) 緩慢下降,在到達密度較高的平流層時,它的速度很可能已經比較低了,大概率不會(hui) 與(yu) 大氣因摩擦而銷蝕。如此說來,這張紙能夠平安落地了?那到也不是。它還是會(hui) 消失在地球大氣之中,隻不過並不是以燃燒的形式消失罷了。當紙從(cong) 太空墜入熱層時,會(hui) 首先經受高溫的考驗。
熱層直接接受太陽的照耀,所以熱層物質的溫度是非常高的,但這並不是說熱層的氣溫非常高。
拿60度的水往身上澆,會(hui) 感覺很燙,但待在90度的桑拿房裏卻不覺得有多熱,就是因為(wei) 水的密度要遠高於(yu) 空氣,同樣的,熱層的空氣密度是很低的,所以整體(ti) 氣溫並不高。但紙就不同了,紙是個(ge) 密度很高的東(dong) 西,在太陽的照耀下,它的溫度很快就會(hui) 上升到千度以上,這已經遠遠超過了紙張自燃的溫度,不過它並不會(hui) 自燃,因為(wei) 這裏幾乎沒有燃燒所需的氧氣。這張紙大概率會(hui) 平安進入中間層,這裏的溫度同樣很高,但紙依舊不會(hui) 自燃,因為(wei) 大氣層中97%的空氣都位於(yu) 平流層之下。
當這張紙進入到平流層之後,真正的考驗就來了。
平流層顧名思義(yi) ,這裏的空氣是水平流動的,相對平穩,所以這裏也是飛機巡航的地方。不過有些時候,平流層的空氣流動速度也會(hui) 很快,主要原因就是季節性的風向變化,如果這張紙不夠堅韌,就有可能被風所摧毀。如果這張紙熬過了平流層,就會(hui) 進入對流層,這裏氣象多變且雲(yun) 層眾(zhong) 多,風雨雷電在這裏是家常便飯,而在空氣阻力的作用下,這張紙的下落速度已經變得很慢,它會(hui) 在對流層翻滾飄蕩,接受風雨的洗禮,然而它隻是一張紙,承受不了太多,所以在到達地麵之前就會(hui) 灰飛煙滅。一張紙,終究還是到達不了地麵。
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