這是回答網友類似問題。這個(ge) 問題雖然有點意思,但結果卻會(hui) 出乎很多人的預料。因為(wei) 這張紙既不能平安的到達地麵,也不太可能燃燒殆盡,而是以另外一種方式消失了。
要精確地回答這個(ge) 問題,首先要給這張紙的高度設定一個(ge) 值,也就是這個(ge) “太空”距離地表有多遠。如果太遠,如在數十萬(wan) 千米的地方,這張紙很可能就不會(hui) 回到地球了,而是永遠飄蕩在太空,或者被距離更近的星球所捕獲;如果這個(ge) 太空是在國際空間站的高度,也就是距離地表約400千米的地方,這個(ge) 返回過程就有些像回收載人飛船返回艙了。
我們(men) 先來了解一下載人飛船的回收
載人飛船返回艙的返回過程是,到達地球引力圈,刹車減速速被地球引力所捕獲,返回艙與(yu) 軌道艙、動力艙分離,以一定角度進入大氣層,然後以自由落地方式下落,速度可達數千米每秒。
到達80~100千米高度時,地球大氣開始變得濃密起來,飛船速度激波與(yu) 濃密大氣分子碰撞發生數千攝氏度高溫,對飛船防熱塗層進行燒蝕,隨後在大氣阻力下,飛船迅速減速,最終每秒200米的均速下落。
到達距地表約10千米高度時,返回艙的回收著陸係統自動啟動開始工作,先後拉出引導傘(san) 、減速傘(san) 和主傘(san) ,經過約30秒鍾,飛船先在減速傘(san) 作用下,下降速度從(cong) 200m/s降到80米/s,再經主傘(san) 減速,飛船速度降到8~10m/s。
當飛船降落到距離地麵1米時,安裝在艙底的4台反衝(chong) 發動機會(hui) 同時啟動,對地麵進行反衝(chong) ,將下降速度減小到1~2m/s,這時,裏麵的乘員就能安全平穩落地了。
這張紙會(hui) 像飛船一樣達到燒蝕高溫嗎?
從(cong) 上麵飛船降落過程可以看到,在400千米左右的太空,空氣非常稀薄,飛船是在接近真空的狀態下,以自由落體(ti) 方式下墜。實驗證明,在真空中自由落體(ti) 速度,不管密度怎樣,也就是不管是輕還是重,一根羽毛還是一個(ge) 鐵球,下落速度都是一樣的。
自由落體(ti) 運動末端速度計算公式為(wei) v^2=2gh。這裏的v表示末端速度,單位m;g為(wei) 地球重力加速度,取近似值為(wei) 9.8m/s^2;h為(wei) 下降高度,我們(men) 假定這張紙在400km高度開始自由落體(ti) ,下降到80km高度遇到空氣阻力,這樣自由落體(ti) 下降了320km。
我們(men) 根據公式可以計算出這張紙到達距離地表80km時,真空自由落體(ti) 下降速度會(hui) 達到2504m/s。這張紙以這個(ge) 速度衝(chong) 進大氣層,必然要燒毀得一點渣子都不剩。
但為(wei) 啥不可能燒毀呢?這是因為(wei) 大氣層100~400km高空,雖然近似於(yu) 真空,卻並非完全真空,而是越接近地麵,空氣密度會(hui) 漸漸加大,並不是到了80千米高空就突然濃密起來的。
這樣這張紙的自由落體(ti) 就與(yu) 一個(ge) 鐵疙瘩似的飛船返回艙完全不一樣了,而是隨著空氣密度的增加,速度漸漸變慢的,這張紙到達80千米高空時,就已經失去勢能,速度並不快了。
因此,這張紙隻會(hui) 飄落到濃密的大氣層上,緩緩下降。那麽(me) 這張紙就會(hui) 平安降落到地麵嗎?no,它還是會(hui) 一點渣子都很難留下,這是因為(wei) :
這張紙一路掉落要經曆冰與(yu) 火的考驗
首先,先要經曆冷熱電離考驗
大氣層從(cong) 地表到高空分為(wei) 對流層、平流層、中間層(電離層)、熱層等不同層次,每一個(ge) 層次都不是那麽(me) 好過的。
這張紙在400km高空時,處於(yu) 大氣熱層中間。熱層是距地表85km~800km高空的大氣層,這裏空氣稀薄,在300km處已經小於(yu) 地表大氣的千億(yi) 分之一。但這裏吸收了來自太陽的幾乎全部紫外輻射,讓大氣粒子溫度上升到1000~2000K。
由於(yu) 這裏大氣極其稀薄,空氣粒子的高溫影響不了環境,環境溫度還是在零下100多攝氏度。但這張紙在這個(ge) 地方就不一樣了,在陽光照射下,這張紙吸收了陽光紫外輻射,憑紙的密度足以達到數百攝氏度。但那裏由於(yu) 沒有足夠的氧氣助燃,這張紙很難燒起來,因此很可能得以幸存。
隨後,這張紙將飄落到中間層,這個(ge) 層次是在距離地麵約50km~85km之間,處於(yu) 平流層之上。在這個(ge) 層次以上的大氣開始被電離,一直到熱層,大氣分子幾乎都被電離,生命在這個(ge) 區域如果沒有保護會(hui) 受到嚴(yan) 重傷(shang) 害,但這張紙應該無大礙,繼續忽忽悠悠的往下飄。
接著就進入了平流層,距離地麵一般在10km以上到50km之間。這個(ge) 地方是個(ge) 較為(wei) 穩定的地方,空氣沒有對流,隻有橫向平行移動,飛機一般在這個(ge) 區域底部飛行。這裏幾乎沒有水汽,因此極少天氣變化。
但由於(yu) 夏冬季陽光最極地的照射不同,大氣在兩(liang) 極地帶會(hui) 形成不同且變換的壓差,由此形成季節性東(dong) 西風向變化,有時候風速會(hui) 達到50m/s,這可是17級颶風的風速。這張紙會(hui) 不會(hui) 不幸遇到這種颶風被撕得粉碎呢?這就要看它的運氣了。
然後,再遭受風霜雨雪的摧殘
再往下就進入我們(men) 生活的世界了,這就是大氣層的對流層。對流層在距地麵8~17km之間,這是因為(wei) 地球自轉導致緯度不同地區的離心力不一樣,越到極地離心力越小,對流層就相應薄一些,隻有約8km厚度;而赤道地區離心力最大,對流層就達到了17km厚度。
這個(ge) 區域是大氣層最濃密的地方,占據了整個(ge) 大氣質量的75%和水汽的90%以上,人類感受到的所有天氣變化都是在這個(ge) 層次發生。對流層空氣對流強烈,主要是冷暖空氣上下對流翻滾,高空有各種雲(yun) 層,其中飽含著水滴和冰粒,在大氣上下左右流動翻滾下風起雲(yun) 湧。
如果這張紙有幸來到了這裏,除非遇到晴空萬(wan) 裏,否則一定會(hui) 被風霜雨雪撕扯浸泡擊打得體(ti) 無完膚,“骨灰”隨風飄落不知所蹤。
這張紙能夠飄落到你的腳下概率有多大呢?就由各位自己去揣度了。本文隻不過通過這張紙的飄落,科普一下大氣層和自由落體(ti) 常識罷了,歡迎討論,感謝閱讀。
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