一片羽毛從太空扔下,它是會被燒毀,還是慢悠悠飄到地上?

2020-10-18 星辰大海種花家

    從太空跳傘回到地球的電影可不在少數,近的有布拉德·皮特的《星際探索》,遠一點的有《太空一號》,當然還有前些年從太空邊緣跳傘安全回地球的那些大神!這些情節無疑都被嚴重吐槽,認為這些情節都不可能,那麼假如從太空丟下一片輕飄飄的羽毛,它能安全回到地球嗎?

    太空扔下的羽毛,它的結局會如何?

    相信很多朋友都會認為羽毛都是輕飄飄的玩意兒,從太空丟下後,它會慢慢的飄回地球,可能會很慢,但終有一天會掉到地球!但不知道各位是否還記得一個實驗!

    真空中的鐵球和羽毛下落實驗,結果告訴我們兩者掉落的速度是一樣的!

    所以從太空中掉落的羽毛會因為沒有空氣阻力,從而直接用自由落體速度計算出它最終將達到的速度,比如從國際空間站高度,大約是400千米的高度,丟下一片羽毛,那麼當它到達100千米的卡門線(太空和大氣層的交界處)時,羽毛的速度約為2424.87m/s,這個速度大約是音速的7倍以上!

    高超音速滑翔彈頭示意圖

    7倍音速下穿過大氣層大概就是這個效果!當然極高超音速下和稀薄大氣分子之間的加熱效果和低空有些不一樣,大氣分子不足以讓羽毛大幅減速,卻會以極高速度撞擊羽毛,並釋放能量,導致羽毛會在稀薄大氣層中燒毀!

    這就是流星在高層大氣中因為激波加熱到高溫發光的原因,它不只是摩擦生熱,而是還有更複雜的激波加熱機制,這種模式也會給流星體前後強大的壓力差,最終造成鬆散材質的流星體在大氣層中爆裂爆炸的效果!

    太空中根本就沒有重力,羽毛為什麼還會下落?

    相信大家的印象中太空都是無重力環境的,但其實都理解錯了,我們看到的是空間站內的太空人都處在失重之中,但卻忽略了空間站大約以7.8千米/秒的速度在環繞地球運行,這個環繞速度產生的「離心力」可以抵消地球的重力,因此在空間站中太空人處在引力與「離心力」平衡的狀態,也就是我們俗稱的微重力環境!

    所以當從國際空間站中丟出一片羽毛時,它具有的速度也是7.8千米/秒,因此這片羽毛確實不會短時間內掉落,而是會環繞很久!我們簡單舉例中的羽毛,環繞速度是0,所以它將會立即受到地球引力的拉扯而直接墜落!

    從科學角度分析《太空一號》和《星際探索》的情節合理嗎?

    我們先來分析下布拉德·皮特的《星際探索》,電影剛開頭就來了一出從太空跌落後跳傘回到地面的情節,不過種花家經過分析,這個高度根本就不會超過40千米,而這個高度上早就有大神跳傘成功,比如:

    2012年10月14日,奧地利的菲利克斯·鮑姆加特納從39千米的太空邊緣跳傘成功,歷時4分22秒最終平安降落到美國新墨西哥州的指定地點!其下降速度在短短40秒內從0飆升到1120公裡/小時,超過了音速。最終在距離沙漠著陸點只有最後1500米時,他打開降落傘,並最終成功著陸。

    所以布拉德皮特跳傘是能成功並不意外!那麼《太空一號》中男主拯救了總統的女兒,從近地軌道上直接跳傘回地球的操作有可能嗎?這個實際問題得實際分析!以下是太空一號關於跳傘的關鍵情節:

    1. 穿上重裝跳傘護具,看起來有燒蝕加固外殼

    2. 跳出飛船,急速下墜,很快就超過音速並且經歷黑障

    3. 到達安全高度,拋棄重裝跳傘護具

    4. 最後打開降落傘,著陸

    在這幾個關鍵情節中,特別是重裝護具和到達安全高度,在開傘前拋棄,這點相當具有科學性,因為穿越大氣層會因為激波加熱到極高溫,我們不管這個重裝跳傘護具是否能保證恆溫,但至少從理論上還是有可能的!

    太空重裝跳傘護具

    進入黑障狀態

    因此最後在安全高度開傘時拋棄護具,不會讓降落傘的負荷太大,但其實如果未來製造出能夠從太空跳傘的重裝護具,也不可能拋棄的,畢竟這個技術要求太高了,不如降落傘大點來的簡單,科幻片出於肌肉型男和窈窕美女的需要,安排了這個情節,不過也不算BUG!

    真正的BUG出現在那個監獄太空站跳出這個情節,因為這個太空站在高速運行,所以他們跳出後並不會下墜,而是會環繞地球NNNN圈,不知道猴年馬月才能回到地球,相比《星際迷航》中跳傘是彈射出去的,這點就相當具有科學性!

    導演呂克貝松大意了,留了這麼大一窟窿!

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