哈勃:人類要探索宇宙,首先要在地球外太空來去自如

2020-12-04 眼鏡視野

大家好,我是給人類拍了首張宇宙全景圖的哈勃太空望遠鏡,我真真的能到133億光年以外的宇宙空間。如果我能飛得再遠一點,我也能看得更遠。但現實是,我真的飛得很低,不是我不想,實在是生我養我實在花費太高,地球母親能力有限啊。人類若想深入的探索我所看到的宇宙,第一步就是要在比我更高的外太空來去自如。下面我就從軌道空間高度結合地球大氣層分布來認識一下地球的空間尺度。

哈勃:再說一遍,我真飛得很低

世人都知我望得遠,卻很少人知曉我其實飛得並不高,我飛行在高度600千米上下的橢圓軌道上。這個軌道高度屬於所有繞地球衛星軌道中的近地軌道(低軌道),之上還有中軌道、高軌道。

即便是在近地軌道裡,我也是屬於比較低的,低到都沒有飛出地球真正意義上的大氣層。

接下來就結合我們衛星軌道以及地球大氣層來看看地球的外部空間分布尺度。

地球的空間尺度

首先我們要有一個總體概念:

地球的繞地人造衛星軌道高度,大致可分為近地軌道(高度2000千米以下),中(高)軌道(2000~20000千米),高(高)軌道(高度20000千米以上)

地球的大氣層分為對流層(10千米)、平流層(10-50千米)、中間層(50-85千米)、熱層(85-800千米)和散逸層(800-3000千米)。

下面就從低到高認識地球的空間分布

對流層

我們日常的氣象現象(風雨雷電等)均發生於這一層大氣內,氣流上下運動頻繁且劇烈,不利於安全飛行,這一層內沒有太空飛行器衛星存在,連客機也儘量避開這個高度巡航。

其高度因緯度而不同,在低緯度地區平均高度為17~18千米,在中緯度10~12千米,極地8~9千米。

平流層

其底部從對流層的頂部開始,極地離地面約8千米,低緯度離地約18千米,頂部高度離地約50千米。臭氧層就位於這一層之中,濃度最大的部分高度約20-25千米。

由於此層風和日麗,大氣上暖下涼,大氣不對流,以平流運動為主,飛機在其中受力比較穩定。所以民航客機首先這層底部飛行。

中間層

從平流層頂到85公裡高度,因臭氧含量低,同時太陽短波輻射已經大部分被更外層大氣所吸收,氣溫隨高度增加而遞減,大氣對流運動強烈。

熱層(低軌道空間)

這一層大氣自中間層頂部開始,頂部最高約800千米。熱層的空氣受太陽短波輻射而處於高度電離的狀態。

國際航空聯合會定義在100公裡的高度為卡門線,為現行大氣層和太空的界線定義。美國認定到達海拔80公裡的人為太空人,在太空船重返地球的過程中,120公裡是空氣阻力開始發生作用的邊界。

從這一層開始,集中了大量的人造地球衛星和太空飛行器,包括我和國際空間站在內,高度在500-600千米。而大多的衛星集中在300-400千米的高度,比如中國的神州系列飛船。而100-200千米的高度受大氣影響較大,壽命以天計算,多為偵查衛星。

散逸層(低、中、高軌道空間)

散逸層,又稱「外層」、「逃逸層」,自熱層頂部開始,上部沒有明顯界限(也有2000-3000千米的劃分),是地球大氣層向星際空間過渡的空間,一般將被太陽短波輻射電離的電離層範圍(距離地球表面1000千米)內定義地球的大氣層,之外被認為是地球外太空。

但受地球磁場作用,1000千米以外的太空也有稀薄的大氣,近磁赤道上空在向太陽一側,甚至有9~10個地球半徑高(約65000千米)。

地球:在這個高度範圍內,都是我的「領空」。

星際空間

在地球「領空」外圍就是星際空間,星際空間並不是什麼都沒有,也有各種宇宙射線、暗物質什麼的。但環境卻是比地球「領空」乾淨得多。探測宇宙的太空飛行器在這個範圍內沒有地球方面的幹擾,能更加清楚「看清」外面的世界。

所以人類要想認清真實的宇宙,首先得具備星際空間內常態化的宇宙探測器和宇航投送能力,而這之前得先在地球外太空來去自如,發射衛星、飛船猶如下餃子,載人太空飛行器得像坐飛機一樣容易,讓更多的普通年輕人進入太空,這樣不但能培養人類的太空思想意識、和太空身體素質。就好比足球運動,沒有龐大的足球人口基數,就很難有頂尖的足球明星。

PS,現在的太空並不乾淨,充斥著大量的太空垃圾,要想飛船和衛星像汽車一樣在太空頻繁穿梭。必須要先具備,太空回收能力和垃圾打撈能力,比如說把我送回地面。

哈勃寄語

上一期,我攜手眼鏡哥帶大家認識了浩瀚的宇宙尺度,本期又給大家介紹了我們地球母親的空間尺度。

我們人類如若想更多的認知和探索宇宙,走向深空成為星際文明,首先得從徵服地球的外太空開始,第一步就得在這個空間內來去自如。只有做到這一步,才有資格談什麼在月球建立永久基地,以及人類飛移民火星···

如今,而立之年的我,也即將退休,估計是看不到這一天了。

最後,我還有一個小小的心願:希望在退休之後能重回地球母親的懷裡(墜入地球表面),而不是成為一堆太空垃圾。

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