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一张纸从太空飘落,是像流星一样被烧毁,还是会落到地表?

这是回答网友类似问题。这个问题虽然有点意思,但结果却会出乎很多人的预料。因为这张纸既不能平安的到达地面,也不太可能燃烧殆尽,而是以另外一种方式消失了。

要精确地回答这个问题,首先要给这张纸的高度设定一个值,也就是这个“太空”距离地表有多远。如果太远,如在数十万千米的地方,这张纸很可能就不会回到地球了,而是永远飘荡在太空,或者被距离更近的星球所捕获;如果这个太空是在国际空间站的高度,也就是距离地表约400千米的地方,这个返回过程就有些像回收载人飞船返回舱了。

我们先来了解一下载人飞船的回收

载人飞船返回舱的返回过程是,到达地球引力圈,刹车减速速被地球引力所捕获,返回舱与轨道舱、动力舱分离,以一定角度进入大气层,然后以自由落地方式下落,速度可达数千米每秒。

到达80~100千米高度时,地球大气开始变得浓密起来,飞船速度激波与浓密大气分子碰撞发生数千摄氏度高温,对飞船防热涂层进行烧蚀,随后在大气阻力下,飞船迅速减速,最终每秒200米的均速下落。

到达距地表约10千米高度时,返回舱的回收着陆系统自动启动开始工作,先后拉出引导伞、减速伞和主伞,经过约30秒钟,飞船先在减速伞作用下,下降速度从200m/s降到80米/s,再经主伞减速,飞船速度降到8~10m/s。

当飞船降落到距离地面1米时,安装在舱底的4台反冲发动机会同时启动,对地面进行反冲,将下降速度减小到1~2m/s,这时,里面的乘员就能安全平稳落地了。

这张纸会像飞船一样达到烧蚀高温吗?

从上面飞船降落过程可以看到,在400千米左右的太空,空气非常稀薄,飞船是在接近真空的状态下,以自由落体方式下坠。实验证明,在真空中自由落体速度,不管密度怎样,也就是不管是轻还是重,一根羽毛还是一个铁球,下落速度都是一样的。

自由落体运动末端速度计算公式为v^2=2gh。这里的v表示末端速度,单位m;g为地球重力加速度,取近似值为9.8m/s^2;h为下降高度,我们假定这张纸在400km高度开始自由落体,下降到80km高度遇到空气阻力,这样自由落体下降了320km。

我们根据公式可以计算出这张纸到达距离地表80km时,真空自由落体下降速度会达到2504m/s。这张纸以这个速度冲进大气层,必然要烧毁得一点渣子都不剩。

但为啥不可能烧毁呢?这是因为大气层100~400km高空,虽然近似于真空,却并非完全真空,而是越接近地面,空气密度会渐渐加大,并不是到了80千米高空就突然浓密起来的。

这样这张纸的自由落体就与一个铁疙瘩似的飞船返回舱完全不一样了,而是随着空气密度的增加,速度渐渐变慢的,这张纸到达80千米高空时,就已经失去势能,速度并不快了。

因此,这张纸只会飘落到浓密的大气层上,缓缓下降。那么这张纸就会平安降落到地面吗?no,它还是会一点渣子都很难留下,这是因为:

这张纸一路掉落要经历冰与火的考验

首先,先要经历冷热电离考验

大气层从地表到高空分为对流层、平流层、中间层(电离层)、热层等不同层次,每一个层次都不是那么好过的。

这张纸在400km高空时,处于大气热层中间。热层是距地表85km~800km高空的大气层,这里空气稀薄,在300km处已经小于地表大气的千亿分之一。但这里吸收了来自太阳的几乎全部紫外辐射,让大气粒子温度上升到1000~2000K。

由于这里大气极其稀薄,空气粒子的高温影响不了环境,环境温度还是在零下100多摄氏度。但这张纸在这个地方就不一样了,在阳光照射下,这张纸吸收了阳光紫外辐射,凭纸的密度足以达到数百摄氏度。但那里由于没有足够的氧气助燃,这张纸很难烧起来,因此很可能得以幸存。

随后,这张纸将飘落到中间层,这个层次是在距离地面约50km~85km之间,处于平流层之上。在这个层次以上的大气开始被电离,一直到热层,大气分子几乎都被电离,生命在这个区域如果没有保护会受到严重伤害,但这张纸应该无大碍,继续忽忽悠悠的往下飘。

接着就进入了平流层,距离地面一般在10km以上到50km之间。这个地方是个较为稳定的地方,空气没有对流,只有横向平行移动,飞机一般在这个区域底部飞行。这里几乎没有水汽,因此极少天气变化。

但由于夏冬季阳光最极地的照射不同,大气在两极地带会形成不同且变换的压差,由此形成季节性东西风向变化,有时候风速会达到50m/s,这可是17级飓风的风速。这张纸会不会不幸遇到这种飓风被撕得粉碎呢?这就要看它的运气了。

然后,再遭受风霜雨雪的摧残

再往下就进入我们生活的世界了,这就是大气层的对流层。对流层在距地面8~17km之间,这是因为地球自转导致纬度不同地区的离心力不一样,越到极地离心力越小,对流层就相应薄一些,只有约8km厚度;而赤道地区离心力最大,对流层就达到了17km厚度。

这个区域是大气层最浓密的地方,占据了整个大气质量的75%和水汽的90%以上,人类感受到的所有天气变化都是在这个层次发生。对流层空气对流强烈,主要是冷暖空气上下对流翻滚,高空有各种云层,其中饱含着水滴和冰粒,在大气上下左右流动翻滚下风起云涌。

如果这张纸有幸来到了这里,除非遇到晴空万里,否则一定会被风霜雨雪撕扯浸泡击打得体无完肤,“骨灰”随风飘落不知所踪。

这张纸能够飘落到你的脚下概率有多大呢?就由各位自己去揣度了。本文只不过通过这张纸的飘落,科普一下大气层和自由落体常识罢了,欢迎讨论,感谢阅读。如喜欢别忘了关注和点赞,再次感谢。

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