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根據(jù)科學(xué)家的估計(jì),地球每天都要接受將近50噸的隕石造訪。
是的,你沒(méi)有聽(tīng)錯(cuò),這個(gè)數(shù)據(jù)是來(lái)自于NASA的官網(wǎng)。既然每天都有這么多隕石掉下來(lái),為什么我們卻沒(méi)有感覺(jué)呢?因?yàn)檎嬲軌虻竭_(dá)地面的隕石是非常少的,可能只有不到50顆,而其余的都在與大氣的摩擦中燃燒殆盡了。是啊,地球有著濃密的大氣,當(dāng)有物質(zhì)被地球的引力捕獲而墜落地球時(shí),由于速度很快,會(huì)與大氣發(fā)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涂層就顯得非常重要,如果沒(méi)有防熱涂層,返回艙可就變成一個(gè)封閉的鐵鍋了。
隕石與飛船都會(huì)與大氣發(fā)生摩擦而銷蝕,那如果是一張紙呢?從太空中扔一張紙,它是否能夠平安落地呢?
也許你會(huì)覺(jué)得這不需要討論,直接做實(shí)驗(yàn)不就好了嗎?事實(shí)上要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)是非常困難的。直接從空間站上扔出一張紙不行嗎?不行,因?yàn)榭臻g站并非靜止不動(dòng)的。包括空間站在內(nèi)所有運(yùn)行于地球軌道的航天器都在圍繞地球高速運(yùn)動(dòng),它們的速度至少都在第一宇宙速度之上,也就是每秒7.9千米。從一個(gè)運(yùn)動(dòng)速度為每秒7.9千米的航天器上扔出一張紙,這張紙的運(yùn)動(dòng)速度同樣也為每秒7.9千米,而一張運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到第一宇宙速度的紙會(huì)如其他航天器一樣,圍繞地球進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
由此可見(jiàn),扔紙只能是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),我們要保證這張紙扔出來(lái)時(shí)的初速度是為零的。
一張初始速度為零的紙會(huì)因地球引力的作用而向地球墜落,且墜落的速度會(huì)逐漸增加。在沒(méi)有空氣阻力的情況下,所有物體的墜落速度都是相等的,所以起初這張紙的速度與隕石是沒(méi)有什么區(qū)別的。如果我們假設(shè)這張紙的初始下落高度為400千米以上,根據(jù)自由落體公式,當(dāng)它下降到距地表100公里左右的位置時(shí),它的速度將會(huì)達(dá)到每秒2000米以上,按照這樣的速度,這張紙瞬間就會(huì)在與大氣的摩擦中燃燒成灰。不過(guò),實(shí)際問(wèn)題要比這復(fù)雜一些,因?yàn)榈厍虼髿庥上∈枳儩饷苁怯幸粋€(gè)過(guò)程的。
我們知道,地球大氣從下往上,依次分為對(duì)流層、平流層、中間層以及熱層。
不過(guò)每一層并沒(méi)有明顯的界限,同樣的,地球大氣的密度從上往下是逐漸提高的,但每一層的密度也沒(méi)有明顯的界限。所以,當(dāng)一張紙從太空開(kāi)始向地球墜落的時(shí)候,所遭遇的空氣阻力是逐步提升的,所以它的速度會(huì)緩慢下降,在到達(dá)密度較高的平流層時(shí),它的速度很可能已經(jīng)比較低了,大概率不會(huì)與大氣因摩擦而銷蝕。如此說(shuō)來(lái),這張紙能夠平安落地了?那到也不是。它還是會(huì)消失在地球大氣之中,只不過(guò)并不是以燃燒的形式消失罷了。當(dāng)紙從太空墜入熱層時(shí),會(huì)首先經(jīng)受高溫的考驗(yàn)。
熱層直接接受太陽(yáng)的照耀,所以熱層物質(zhì)的溫度是非常高的,但這并不是說(shuō)熱層的氣溫非常高。
拿60度的水往身上澆,會(huì)感覺(jué)很燙,但待在90度的桑拿房里卻不覺(jué)得有多熱,就是因?yàn)樗拿芏纫h(yuǎn)高于空氣,同樣的,熱層的空氣密度是很低的,所以整體氣溫并不高。但紙就不同了,紙是個(gè)密度很高的東西,在太陽(yáng)的照耀下,它的溫度很快就會(huì)上升到千度以上,這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了紙張自燃的溫度,不過(guò)它并不會(huì)自燃,因?yàn)檫@里幾乎沒(méi)有燃燒所需的氧氣。這張紙大概率會(huì)平安進(jìn)入中間層,這里的溫度同樣很高,但紙依舊不會(huì)自燃,因?yàn)榇髿鈱又?7%的空氣都位于平流層之下。
當(dāng)這張紙進(jìn)入到平流層之后,真正的考驗(yàn)就來(lái)了。
平流層顧名思義,這里的空氣是水平流動(dòng)的,相對(duì)平穩(wěn),所以這里也是飛機(jī)巡航的地方。不過(guò)有些時(shí)候,平流層的空氣流動(dòng)速度也會(huì)很快,主要原因就是季節(jié)性的風(fēng)向變化,如果這張紙不夠堅(jiān)韌,就有可能被風(fēng)所摧毀。如果這張紙熬過(guò)了平流層,就會(huì)進(jìn)入對(duì)流層,這里氣象多變且云層眾多,風(fēng)雨雷電在這里是家常便飯,而在空氣阻力的作用下,這張紙的下落速度已經(jīng)變得很慢,它會(huì)在對(duì)流層翻滾飄蕩,接受風(fēng)雨的洗禮,然而它只是一張紙,承受不了太多,所以在到達(dá)地面之前就會(huì)灰飛煙滅。一張紙,終究還是到達(dá)不了地面。
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