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隕石墜入地球會燃燒,若是一張紙呢?它會燃燒還是平安落地?

科學(xué)信仰
原創(chuàng)
泛科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)作者??茖W(xué)是一種規(guī)律,信仰是一種態(tài)度。
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根據(jù)科學(xué)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,這個數(shù)據(jù)是來自于NASA的官網(wǎng)。既然每天都有這么多隕石掉下來,為什么我們卻沒有感覺呢?因為真正能夠到達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,由于速度很快,會與大氣發(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,如果沒有防熱涂層,返回艙可就變成一個封閉的鐵鍋了。

隕石與飛船都會與大氣發(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?事實上要做這個實驗是非常困難的。直接從空間站上扔出一張紙不行嗎?不行,因為空間站并非靜止不動的。包括空間站在內(nèi)所有運行于地球軌道的航天器都在圍繞地球高速運動,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。從一個運動速度為每秒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每秒7.9千米,而一張運動速度達到第一宇宙速度的紙會如其他航天器一樣,圍繞地球進行運動。

由此可見,扔紙只能是一個思想實驗,我們要保證這張紙扔出來時的初速度是為零的。

一張初始速度為零的紙會因地球引力的作用而向地球墜落,且墜落的速度會逐漸增加。在沒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,它的速度將會達到每秒2000米以上,按照這樣的速度,這張紙瞬間就會在與大氣的摩擦中燃燒成灰。不過,實際問題要比這復(fù)雜一些,因為地球大氣由稀疏變濃密是有一個過程的。

我們知道,地球大氣從下往上,依次分為對流層、平流層、中間層以及熱層。

不過每一層并沒有明顯的界限,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有明顯的界限。所以,當(dāng)一張紙從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(jīng)比較低了,大概率不會與大氣因摩擦而銷蝕。如此說來,這張紙能夠平安落地了?那到也不是。它還是會消失在地球大氣之中,只不過并不是以燃燒的形式消失罷了。當(dāng)紙從太空墜入熱層時,會首先經(jīng)受高溫的考驗。

熱層直接接受太陽的照耀,所以熱層物質(zhì)的溫度是非常高的,但這并不是說熱層的氣溫非常高。

拿60度的水往身上澆,會感覺很燙,但待在90度的桑拿房里卻不覺得有多熱,就是因為水的密度要遠(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,紙是個密度很高的東西,在太陽的照耀下,它的溫度很快就會上升到千度以上,這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了紙張自燃的溫度,不過它并不會自燃,因為這里幾乎沒有燃燒所需的氧氣。這張紙大概率會平安進入中間層,這里的溫度同樣很高,但紙依舊不會自燃,因為大氣層中97%的空氣都位于平流層之下。

當(dāng)這張紙進入到平流層之后,真正的考驗就來了。

平流層顧名思義,這里的空氣是水平流動的,相對平穩(wěn),所以這里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,如果這張紙不夠堅韌,就有可能被風(fēng)所摧毀。如果這張紙熬過了平流層,就會進入對流層,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,它會在對流層翻滾飄蕩,接受風(fēng)雨的洗禮,然而它只是一張紙,承受不了太多,所以在到達地面之前就會灰飛煙滅。一張紙,終究還是到達不了地面。

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評論
演繹無限精彩
大學(xué)士級
在空氣阻力的作用下,在對流層接受風(fēng)雨的洗禮,承受不了太多,在到達地面之前就會灰飛煙滅。
2022-05-06
莫非123
太師級
如果沒有防熱涂層,返回艙可就變成一個封閉的鐵鍋了。
2022-05-06
科普傳播L
大學(xué)士級
如果沒有防熱涂層,返回艙可就變成一個封閉的鐵鍋了。
2022-05-06