大氣層到底有多厚?

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加拿大宇航員哈里斯哈德菲爾德在太空中累計停留了166天。他和我們這些普通人看地球大氣層的角度不一樣。我們都是在地球上仰望天空,看到的是藍天白雲卻看不到大氣層邊際。而哈德菲爾德則做到了俯視地球的大氣層,因為他在空間站上。

圖示:加拿大宇航員哈里斯哈德菲爾德

他說:“當你俯視大氣層時,你根本感覺不到它的存在,但是當你向著和大氣層平行的方向看去時,你會發現那一條細細並且薄薄的藍線。看上去是多麼的美麗有時多麼的脆弱。”科學家總是喜歡用細細的藍線來稱呼地球的大氣層。這就意味著地球的大氣層在科學家的眼很薄,同時對於地球生命來說又非常重要。

圖示:在空間站上看到的地球大氣層

在地球的引力作用下,大量的氣體聚集在了地球周圍,形成了大氣層。雖然科學家總是習慣叫它細細的藍線,大氣層還是很厚的。探空火箭在距離地面3000公里的高空仍然可以發現稀薄大氣。甚至有人認為,大氣層可能厚達6400公里左右。

圖示:在空間站上看到的地球大氣層

大氣層到底有多厚呢?其實地球的大氣層和外太空是沒有明顯的分界線的。大氣層的空氣密度隨著高度的增加而降低,越是到高空空氣就越稀薄。因為隨著高度的增加,地球引力對空氣分子的束縛力就越小,粒子就越容易擺脫引力的束縛發生逃逸。

圖示:在空間站上俯視地球大氣層

在距離地面16000空裡的地方仍然會發現氣體分子和基本粒子。這裡既然還存在著氣體分子基本粒子的話,那麼這些氣體分子和基本粒子還會向更遠的地方擴散。更遠的地方會向更更遠的地方擴散。這就像一個無限接近零而永遠不等於零的數字一樣。最新研究表明,地球大氣層竟延伸到了地面63萬公里處。這可比地月距離都要遠了。原來月球是在地球的大氣層中運行啊。

圖示:在空間站俯視地球

實際上,在地球表面1000公里處的高空空氣密度就已經是海平面處的一億億分之一了。這裡是大氣層的散逸層,大氣已經及其稀薄。再往上雖然還有大氣分子的存在,但是個人覺得已經沒有太多的實際意義了。

因此,通常把地面以上1000公里作為地球大氣層的厚度。對於這個數字大家有什麼看法麼?歡迎點評。


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一般來說,當物體進入地球的大氣層時,物體就會接觸到大氣層的氣體,由於大氣層的氣體與物體產生摩擦,大量的熱量將物體周圍的大氣加熱到等離子體狀態,於是我們也就可以看見光與熱了,只不過這與我們平時所接觸的普通燃燒有點不一樣。


地球的大氣層由地面向上分成四層:對流層、平流層、中間層、熱層。大氣圈的質量約為5000萬億噸,高層的密度比低層要小,越高越稀薄,90%的質量集中於海平面16公里以內的空間裡,1000公里上下以氧為主;再往上2400公里上下以氦和氫為主,3000公里以上也就和星際空間的物質密度差不多了,2000-3000公里的高空是地球大氣的上界。


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大氣層到底有多厚,為什麼能燒燬墜落的物體?

首先,如題我們分成兩個問題,然後一一解答;

1、大氣層到底有多厚?

高中地理課本貌似說的是2000-3000千米的厚度,越往上就越稀薄,所以很難有個具體的答案,而且地球大氣層還有時刻都在逃逸的氣體,所以我們的答案只能是約等於,沒有1+1=2這樣的具體答案哈。

2、為什麼能燒燬墜落的物體?

這又得說道說道大氣層了,因為大氣層的厚實,加上墜落的物體在地球引力的加持下,其速度接近(第一宇宙速度7.9千米每秒)然後物體與大氣層就有了摩擦熱,使得物體達到燃點,加上我們的大氣層有助燃氣體-氧氣,所以就會燃燒。如果我們在地面上也能做出速度達到7.9千米每秒的飛行器,那麼不用經過大氣層,光這樣飛起來也會燃燒。


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大氣層有多厚,已經有很多人回答了。我就只回答下為什麼能燒燬物體,因為我覺得他們的回答沒有答道點子上。

燒燬的原因——摩擦力

這個摩擦力來自大氣層與航天器的相互作用。但是,我們平時的日常活動,甚至坐飛機也沒有被燒燬啊。由此可見,這個摩擦力要達到燒燬的程度,必須要求速度足夠大!

速度才是摩擦力增大的主要原因

我們看一下,航天器的運行速度,以天宮一號為例:正常情況下,天宮一號的運行速度約為每小時28440公里,即饒地球一圈100分鐘。根據3.31日的軌道信息,天宮一號每天饒地球16.3圈,即一圈約88.3分鐘,由此其速度約為465.6km/min,即27933.6km/h。這個速度是音速的22.8倍。

一般而言,當航天器下降到20km以下時,重力與氣動阻力達成一個平衡,此時的速度約為150-200m/s,並保持這個速度下降。這個速度其實已經比民航的巡航速度低了一點點。所以,降到這個速度後,摩擦並不足以讓航天器燃燒起來,最多也是維持而已。

為什麼速度的影響這麼大?

在力學中,加載的速率對材料的性能影響也非常大,我們叫它應變率效應。通俗的講:加載速度大,材料反應時間慢。這時候,力的作用影響擴散不出去,就會集中在一個區域。相對來講,材料就顯得變“硬/剛”了。


大氣也一樣,速度快,大氣層的反應時間來不及反應。大氣層就會表現的更加粘稠了,從而摩擦力也更大了。這跟我們游泳的感覺是一致的。


總結

所以,航天器在大氣層中燒燬,最主要的原因是由於高速運行導致的與大氣層的摩擦生熱。速度快,大氣層來不及反應,外在表現就是顯得更加粘稠,從而摩擦力增大。


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按大氣層隨高度的分佈可以分為:

(1)對流層:在赤道區約16~18公里,中緯度區約10~12公里,兩極區約7~8公里。

(2)平流層:(又稱同溫層)由對流層頂到離地表50公里高度的一層,

(3)中間層:(又稱散逸層) 離地表50~85公里的一層,

(4)熱層:,在離地表500公里處

大氣層 atmosphere 又叫大氣圈,地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要有氮氣,佔78.1%;氧氣佔20.9%;氬氣佔0.93%;還有少量的二氧化碳、稀有氣體(氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣氡氣)和水蒸汽。大氣層的空氣密度隨高度而減小,越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000千米以上,但沒有明顯的界限。整個大氣層隨高度不同表現出不同的特點,分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層,再上面就是星際空間了。

對於第二個問題 :因為大氣層中空氣有阻力,大氣與物體有摩擦,空氣對物體做工,當物體的速度足夠快,會使物體的內能增加,溫度升高,溫度達到一定時,就會起火燃燒。這就是為什麼很多的天體進入大氣層都會燃燒。


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上個月美國NASA宣佈了關於大氣層新的探測結果,我們地球的大氣層實際延伸到了地面以上64萬公里處!



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大氣厚是一千千米。


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大氣層的厚度是不一樣的,有的地方厚有的地方很薄,如高海拔地區、珠穆朗瑪峰上空等。不要糾結到底有多厚。至於能燒燬墜落的物體,是因為物體高速墜落時與空氣產生的劇烈摩擦,發熱引起的高溫燃燒所致。


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