人在3.9萬米跳傘為什麼不會燃燒?而衛星和隕石會?

同樣是從高空落下，為何跳傘運動員不會被大氣燒傷，而落向地球的衛星和隕石就會因為和大氣層的劇烈摩擦發出耀眼的光年，直到燃燒殆盡。曾經我也產生過這樣的疑問，但仔細一想我們忽略了一個十分關鍵的因素，那就是它們最開始是以怎樣的狀態進入地球大氣層的。

目前世界上高度最高、下落速度最快的極限跳傘運動世界紀錄保持者是由奧地利運動員費利克斯·鮑姆加特納在2012年4月14日創造的，他穿戴特殊護具乘坐熱氣球上升到了大約3.9萬米的高空，這裡大氣稀薄，氣壓低，溫度降到了零下57度左右，費利克斯縱身一躍，在空中經歷了20分鐘左右的飛行從平流層下降到了地面，其中自由落體時長5分35秒。空中下落最高速度達到了1342公裡/小時或373米/秒，已經超過音速的340米/秒。

但費利克斯在如此高的高度下落並沒有燃燒，而與大氣摩擦想要達到350℃的最低速度為1020m/s左右，很明顯高空自由落體最終的速度還遠遠達不到燃燒的要求。

那為什麼費利克斯的速度沒有持續往上增加呢？

我們知道在地球上除了有萬有引力會對一個下落的物體施加一個向下的力，而且在物體從初速度為零的情況下，不斷的加速也會受到空氣阻力的影響，如果一個加速的物體速度不斷的提升，那麼它所受的空氣阻力也會一直增大，當阻力和萬有引力相等的時候，那麼這個物體將不在受到外力的作用，會一直保持勻速下落，這個速度就是一個物體在大氣中的終端速度。

終端速度會因為物體表面的形狀、大小與空氣的摩擦程度有關，每個物體都不一樣。所以說一個人從高空落下他的速度並不會一直增加。

上圖可以看到費利克斯3.9萬米其實就在地球大氣的平流層中間的位置，相對於地球大氣高度來說還是很低的，因為在這之上還有30000米的中間層，在中間層之上還有近900000米的熱成層，但是地球大氣的主要質量都集中在了對流層、平流層和中間層，其中對流層包含了75%的大氣質量，平流層佔了20%，剩下的大氣質量基本都處在中間層，而中間層往上的大氣異常的彌散，兩個空氣分子之間的距離可以達到1000米，甚至更遠。所以高空跳傘會受到很大的空氣阻力，使得最終的速度有了一個很大的限制，更加重要的是，跳傘時的初速度為0，這一點相當重要。

衛星和隕石則大不相同

就拿國際空間站來說，它處在地球大氣的熱成層，高度在400公裡左右，圍繞地球的運行速度為7.8千米/秒，90分鐘就可以繞地球一圈，光這個初速速度已經十分驚人了，而費利克斯的最高速度才達到了373米/秒，根本就不在一個數量級上。

雖然國際空間站所處的位置空氣分子稀薄，但由於其速度和體積非常大，還是會和稀薄的空氣分子碰撞摩擦，導致空間站軌道發生衰減，如果空間站以7.8千米/秒的速度進入大氣層，這樣的速度就足以將空間站解體燃燒殆盡。

還有哈勃望遠鏡在地球568公裡的軌道上運行，速度為8千米/秒，如果哈勃望遠鏡墜入地球的話，也會遭受同樣的命運。總的來說，繞地球軌道運行的衛星，都想相對於地球有一個非常高的初速度，正是由於這個初速度才導致了它們與大氣層摩擦燃燒的，而不是墜入地球過程中萬有引力加速的原因。

小行星其實道理也是一樣的，它們在太陽系中也在繞自己的引力中心運行，一開始它們就已經具有了非常客觀的速度，再加上地球也在太陽系中以30公裡/秒的速度在繞太陽運行，如果這兩個速度相互疊加的話，一個小行星相對於地球的速度會更加驚人，這就是為什麼隕石會劇烈燃燒甚至是爆炸的原因。

總結一個

跳傘和隕石最大的區別就是，一個在空氣中從零開始在萬有引力的作用下加速，而另外一個在進入大氣層時就已經攜帶了非常高的動能，這些動能會因為其中大氣的劇烈摩擦轉換為熱能，並導致速度降低。