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流星雨，一直是宇宙中浪漫而神秘的存在，許多人都期待著親(qin) 眼目睹流星劃破天際的美景。一般到了年底，能觀測到的流星雨還有很多，比如11月份的獵戶座流星雨，以及12月份的雙子座流星雨等等。

大家在觀賞這些流星雨的時候有沒有想過一個(ge) 問題：流星為(wei) 什麽(me) 會(hui) 發熱、發光呢？

美麗(li) 迷人的流星雨（圖片來源：veer圖庫）

很多人可能以為(wei) ，流星的光是由於(yu) 隕石進入大氣層和大氣層的空氣摩擦生熱而引起的，其實這樣說在很大程度上是不對的。事實上，隕石在進入大氣層後所產(chan) 生的熱量大部分都是由於(yu) 空氣的壓縮而產(chan) 生的，摩擦空氣產(chan) 生的熱量隻是很小的一部分。隕石壓縮空氣產(chan) 生的熱量最終使隕石燃燒發光，形成曇花一現的流星，大多數隕石最終也在高溫下燃燒殆盡。下麵我們(men) 來解說一下這個(ge) 過程。

隕石在進入大氣層後，壓縮了它前麵的空氣，使得隕石前麵的空氣溫度迅速升高至幾千度，然後點燃了隕石，從(cong) 而使隕石發光變成了我們(men) 可以看見的流星。也就是說，是壓縮空氣成就了流星的淒美“絕唱”，而不是摩擦空氣。

隕石進入大氣層後，最先燃燒的是隕石前端空氣被壓縮最厲害的部分（圖片來源：https://sputniknews.com/science/201804291064008986-five-asteroids-heading-past-earth-today/）

壓縮空氣為(wei) 什麽(me) 會(hui) 產(chan) 生大量的熱量呢？這其實和能量守恒定律有關(guan) 係。當隕石進入大氣層時，速度是非常快的（通常是幾十千米每秒），這時隕石前部的空氣無法快速地被“擠到”隕石周圍，因此會(hui) 被迅速壓縮。根據能量守恒定律，對氣體(ti) 壓縮所做的功會(hui) 轉為(wei) 氣體(ti) 的內(nei) 能，進而表現為(wei) 氣體(ti) 溫度的升高。

這種現象在日常生活中很常見，例如我們(men) 用打氣筒給輪胎打氣，由於(yu) 我們(men) 在壓縮氣體(ti) 做功，打氣筒內(nei) 的空氣溫度會(hui) 升高，因而打氣筒會(hui) 發熱。同理，由於(yu) 隕石前部的空氣被壓縮的非常厲害，因此溫度也會(hui) 升的非常高，通常會(hui) 在2000攝氏度左右，在這麽(me) 高的溫度下，大多數隕石都會(hui) 被燒毀，地球上的生命也因此得到了有效的保護。

當然，還是會(hui) 有極少數比較耐燃的隕石在未燃燒完就降落到了地球，這就是我們(men) 在各種航天博物館裏見到的隕石了。這種隕石一般都十分稀少，是十分寶貴的科學研究材料。

對於(yu) 各種人造航天器（包括人造衛星、載人飛船，甚至是空間站等）返回大氣層時發光發熱，原理和隕石其實是相近的，它們(men) 的壓縮空氣的效率甚至比隕石還高。這裏我們(men) 就用載人飛船的返回艙來舉(ju) 例說明。載人飛船返回艙的形狀一般都如下所示：

阿波羅登月飛船的返回艙（圖片來源：https://www.pinsdaddy.com/apollo-command-module-model_3Zsivj3AOYNXNR0BgInRlmH9JmWQBRPkGA8FmDvWHbQ/）

或者是這樣的：

神舟十號載人飛船返回艙（圖片來源：人民圖片網，方陽攝）

盡管在細節上可能有所不同，但它們(men) 的樣子都是大同小異——上小下大，並且下麵是一個(ge) 很鈍的平麵。這樣的鈍形平麵能保證被壓縮的空氣產(chan) 生的熱量主要集中於(yu) 航天器鈍形一麵，而不會(hui) 流失到航天器後麵，從(cong) 而有效的保護後麵的航天員或者其他科學設備。因此，現在任何的載人航天器的返回艙都被設計成鈍形的。在返回艙返回大氣層時，它的受熱情況大概如下所示：

返回艙壓縮空氣示意圖（圖片來源：https://www.quora.com/Why-does-a-spacecraft-heat-up-during-reentry）

可以看出，它的熱量主要集中在前部，因而處於(yu) 後麵的航天員就得到了有效的保護。當然在返回艙進入大氣層後會(hui) 和大氣層產(chan) 生摩擦，肯定也會(hui) 產(chan) 生一部分熱量，但是這部分熱量和壓縮空氣所產(chan) 生的熱量相比是微不足道的。另外，載人飛船的返回艙的外殼是由防火耐高溫的材料製作的，因此不會(hui) 像隕石那樣燃燒起來，但是高溫還是會(hui) 把返回艙的外殼烤焦。

如下圖所示的我國神舟號載人飛船的返回艙，大家可以和上圖進入太空前的返回艙對比一下，就會(hui) 發現這個(ge) 是被“烤焦”了的返回艙。

返回地球後的神舟號返回艙（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/Shenzhou）

對於(yu) 其他的一些不耐燃的航天器，盡管形狀和返回艙不一樣，但是原理幾乎都是一樣的。進入大氣層後，經過一段時間，由於(yu) 壓縮空氣產(chan) 生的高溫，整個(ge) 航天器都會(hui) 燃燒起來。例如前蘇聯的“和平號”空間站和中國的“天宮一號”空間站墜毀的時候大部分部件都在大氣層中被燒成灰燼了，隻有一小部分散落在了太平洋。

可能有的同學會(hui) 問，為(wei) 什麽(me) 航天器在離開地球時不會(hui) 發熱？原理其實很簡單，因為(wei) 各種航天器（包括載人飛船，空間站，衛星等等）離開地球時都是通過火箭來運載的，火箭的形狀是流線型的，很容易“擠開”前進方向的空氣，而摩擦產(chan) 生的熱量相對來說又很小，因此火箭在離開地球時並不會(hui) 經曆很高的溫度考驗。

長征係列火箭，可以看出火箭都有尖尖的頭部，目的之一就是為(wei) 了更好的排開運動方向的空氣，減少阻力（圖片來源：https://calt.spacechina.com/n482/n498/index.html）

當然，我們(men) 也可以用火箭來對返回地球的返回艙進行減速，但是那樣就意味著雙倍的燃料，這不但增加了發射的費用，而且會(hui) 嚴(yan) 重降低火箭的有效負荷，是一項費力不討好的舉(ju) 措。況且，大自然已經給我們(men) 提供了——大氣層——這麽(me) 好的免費“刹車器”，為(wei) 什麽(me) 不去用呢？

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