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[猎奇]如何离开地球?[35P] [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2021-04-15
— 本帖被 wowoni 执行加亮操作(2021-04-16) —

本文由 嘉实基金 特约制作
一直以来,人类并不满足于站在地表。
我们登上高山,极目远望、手摘星辰。
星空,拍摄于
西藏阿里地区革吉县
| 摄影师@No One 晓东
我们艳羡飞鸟,翱翔蓝天、俯瞰大地。
燕隼,拍摄于北京
| 摄影师 @ 徐永春
甚至展开想象,幻想飞天的曼妙。
敦煌莫高窟第322窟飞天壁画
| 摄影师 @孙志军
但是,想要真正离开地表,冲出地球,就必须战胜一个强大的敌人。
它就是地心引力
是它,传说中让苹果砸中了牛顿的脑袋,也让试图飞天的古人一次次地摔回地面。
就这样被束缚于地表的我们,真的会甘心吗?
01
离开地表
发明飞机的莱特兄弟( Wright Brothers),不会甘心。 1903年12月17日, 莱特兄弟的“飞行者一号”飞机进行了首秀 。
3米 是 这次飞行 的最大高度,仅仅相当于一层楼的高度。
莱特兄弟与“飞行者一号
飞机
| 图片来源 @美国国会图书馆
火箭工程师罗伯特 · 戈达德(Robert Goddard),也不会甘心。 他在 1926年 放飞了人类第一枚液体火箭。
56米 是这枚火箭飞抵的高度 。 尽管也不算高,但这次飞行的意义非凡,因为这枚看起来简陋的火箭,可以摆脱空气的束缚获得动力,未来还将释放无限潜能。
罗伯特与第一枚液体火箭
| 图片来源 @NASA
其实,早在 飞机首飞 的120年前,人类就开始尝试摆脱地心引力。不过当时的主角还不是飞机和火箭,而是热气球
1783年11月15日,法国科学家罗奇尔(Jean Francois Pilatre De Rozier)和军官安兰蒂斯侯爵(Marquis d'Anlandes)坐上刚刚发明不久的热气球,成功完成了 历史上首 次载人飞行 。
两人在热气球上俯瞰欢呼的市民,画作印刷于19世纪
| 图片来源 @美国国会图书馆
1000米 是热气球首飞的高度。乘坐热气球,那些距离地面2000米以内的层云、层积云等低云族已经触手可及,一些接近地面的云层甚至被揽之脚下。
奥地利山区飞行的热气球
| 图片来源 @视觉中国
仅仅过了半年, 罗奇尔就用热气球刷新了自己的纪录。
4000米 是 这次飞行的高度,超出上次3000米,也超越了欧洲的大部分山峰,而且距离地面2000-6000米的高积云、高层云等中云族历历在目。
贡嘎山周围的高层云,贡嘎山的海拔7556米
| 摄影师 @行影不离
但是,载人热气球飞行的高度,大多数仍处于大气层结构的最低层——对流层。继续向上,热气球就相当乏力了。
而对流层的高度还不足整个地球大气层的1/200,其上还有约40千米高的平流层、约30千米高的中间层、约700千米高的热成层,甚至可能高达上千千米的散逸层
地球大气层结构受到气压、地形、纬度等多方面因素的影响,因此本文所涉及的大气层各个结构的高度均为参考值,下图为地球大气层垂直结构示意
| 制图 @杨宁/星球研究所
既然热气球已经无法依赖, 人们该如何飞向更高的天空呢?
02
高空翱翔
这个时候,轮到喷气式飞机登场了。
10000米 是人类首 架喷气式民航飞机“哈维兰彗星”达到的最高高度。 乘 客们悠闲地坐在舱内,可以远眺或俯视飞机外的风景。
飞机外的风光
| 摄影 师@陈肖
从此以后,人类的足迹超过了世界最高峰——珠穆朗玛峰,这意味着地球上所有的地貌都已被人类踩于脚下。
当然,环绕在人们周围的云朵,已经从低云族和中云族变成了卷云、卷积云、卷层云等高云族。它们分布的高度范围在距离地面6000-12000米。
絮状卷积云,拍
摄于宁夏贺兰山
| 摄影师 @计云
地球上的绝大部分云族终于能够被曾经囿于地表的人类近距离观赏。
甚至可以看到云朵变成波浪,化成一个个的涟漪, 宛如梵高笔下的星空。
波浪云,即开尔文-亥姆霍兹波,是一种比较罕见的大气现象
| 图片来源 @视觉中国
那些传说中居于云层之上的诸神,正在失去他们独占的家园,一切“神秘感”都将烟消云散,因为云族已经完全暴露在人类的视野中。
云族的分类示意
| 制图 @杨宁/星球研究所
这样的高度,也意味着人类已经突破对流层,进入平流层
平流层是一个能见度极高的区域。与对流层相比,这里的水汽、悬浮固体颗粒、杂质等大幅减少,飞鸟也基本绝迹。
对流层的平均高度为11千米,热带地区为15-18千米,中纬度10-12千米,两级附近8-9千米。下图为夜间飞行的航班,高度约10千米
| 摄影师 @陈肖
在其中约15-35千米的高度,还是臭氧主要分布的区域。虽然臭氧在大气中的含量较少,但却相当重要。它可以吸收太空中的紫外线,保护地球生物免受伤害。
同时,臭氧吸收太阳辐射,使得平流层顶部的温度升高,甚至可以与地面相近。于是便出现了顶部高温、底部低温的“上热下冷”现象,大气的上下对流基本消失,平流层因此得名。
2015年,南极上空的臭氧层空洞 | 图片 来源@NASA,标注@星球研究所
如今, 现代商业客机的飞行高度一般都在平流层的底部附近 。
而飞机的航迹,也会形成一种特殊的云——航迹云。 正所谓“ 你在云层之上看风景,看风景的人也在看你”。
民航客机的航迹云
| 摄影 师@杨云国
再往上,一个特殊的高度出现了。
19000米 附近, 超过两个珠穆朗玛峰的高度。 在这个高度,随着大气压强变低,水的沸点降低至大概37℃。如果没有防护措施,体液会在短时间内沸腾,严重危害人类的生命安全。这便是阿姆斯特朗极限。
南极麦克默多站附近,
图中彩色云团为贝母云,贝母云多发生在高纬度地区,距离地表15-25千米高度范围内,高度基本与阿姆斯特朗极限线相近
| 图片来源 @wikimedia commons
想要继续往上,冲向更高的天空,人类就必须使用火箭、航天飞机等更加先进的技术了。
03
冲向太空
85千米,纳粹 德 国的V2火箭第一次成功发射就创下了这个记录,这是人类历史上第一个进入太空的飞行器。但人类的智慧,却在战争之中被用来荼毒他人的生命。二战后,美国及苏联沿袭了V2火箭技术,继续研发各种类型火箭,火箭时代就此开启。
俄罗斯远征52联盟号火箭发射
| 图片来源 @NASA
1962年7月,美国飞行员罗伯特·怀特(Robert Michael White),驾驶着以火箭为动力的新型飞机X-15冲向天空。
96千米 是此次飞行的最大高度。而这个高度已经到达了中间层。眼前的景象让他不禁惊叹:“地球真的是圆的”。
画面右下为平流层,左上为对流层,中央为奋进号航天飞机
| 图片来源 @NASA
除了可以看到明显的地球轮廓,中间层最具代表性的景象便是流星
当流星体进入中间层与大气摩擦,产生大量的热量,使得大部分的流星在到达地表前就被燃烧殆尽,于是天空中便会发出我们肉眼可见的光芒。
英仙座流星雨, 拍摄于河北省石家庄市嶂石岩 | 摄影 师@陈炜坚
当然,中间层的这些令人震撼的风景,并非唾手可得, 这里也曾经给人类留下过惨痛的回忆。
2003年2月1日,美国哥伦比亚号航天飞机完成任务,准备返回大气层。 当飞机返回至约64千米的 高度时,在起飞时被隔热瓦砸伤的机翼遭到了高温的破坏, 导致了航天飞机的解体。
蓝色的天空上演了一场悲剧,散落的 飞机部件化作了一颗颗 “ 流星 ” 。 舱内7名宇航员的生命,也永远定格在了美国东部时间早晨8时59分。
哥伦比亚号残骸
| 图片来源 @NASA
但惨痛的经历并没有让人类退缩,在火箭、航天飞机、宇宙飞船等加持下,人类的飞行高度继续攀升。
100千米 的高度被认为是地球大气层与外太空的界线,也被称为卡门线(Kármán line)。在此线之上,空气过于稀薄,无法提供足够的升力,所以飞行器必须依靠自身携带的燃料及助燃剂燃烧,以反推力作为新的动力。
315千米,这个高度已经直接穿过中间层,到达更外侧的热成层(电离层)。苏联宇航员尤里·加加林 (Yuri Gagarin) 乘坐东方一号飞船,第一次达到这个高度。因此他成为了第一个进入 外太空 的人。
1961年,苏联宇航员尤里·加加林
| 图片来源 @wikimedia commons
人类绝不会满足于此,更大胆的冒险也就此展开。
1965年3月18日, 苏联航天员列昂 诺夫(Leonov) 借由一根牵引绳,缓缓走出了上升2号飞船的舱门。这便是人类历史上的第一次太空行走。
400千米 是当时飞船所在的高度。
列昂诺夫第一次太空行走时的情景 |
视频来源@苏联电视台直播片段
舱门外的列昂诺夫被眼前 的景色所震撼:
“这是一幅宇宙的画卷,我从中看见了它的宏伟、无垠、壮美和绚丽,深邃的暗夜中耀眼的流星划过,让我为之神往”。
上文引自1965
年列昂诺夫对公众的演讲,图片为国际空间站所拍摄的景象
| 图片来源 @NASA
此后,越来越多的航天员和航天器,开始到达热成 层。但是,短暂的太空飞行已经无法满足人类对于高空探索的需求,人类还渴望在太空长期驻留。
自1998年11月15日起,人类开始搭建一座太空堡垒——国际空间站(International Space Station)。
420千米 是这座堡垒的飞行高度。它以 大约28000千米 的时速,昼夜不息地环绕着地球飞行,代表人类在热成层凝视、守护着这颗蓝色地球。
从国际空间站上拍摄的太平洋
| 图片来源 @NASA
从空间站眺望,映入眼帘的是一些从未得见的风景:颜色变幻的日出与日落、水天一色的灯光与银河、绚丽夺目的云层与闪电。还有极光,被无数人追逐的极光,这是属于热成层的代表性景观。
从国际空间站看到的极光
| 图片来源 @NASA
这样的高度下,河流、山脉、冰川、森林等景物让“地表人类”无法想像,因为在这里, 人类完全获得了上帝的视角。
俄罗斯千岛群岛萨里切
夫火山喷发
| 图片来源@NASA
人类也曾突发奇想,将一件退役的太空服,从国际空间站抛出,于是一颗独特的人造卫星就此诞生。
2006年2月3日,由
国际空间
站“发射”的俄罗斯人造卫星SuitS
at -1
| 图片来源 @NASA
人类也发射了巨大的天文望远镜——哈勃望远镜,星云、星系、星团、甚至黑洞等各种太空和外太空景观尽收眼底。
559千米 是这双太空巨眼的高度。
2
011年4月,哈勃望远镜拍摄的Arp 273星系
| 图片来源 @NASA
此外,还有许多人造卫星,也都处于这个高度范围之内,这便是低地球轨道(LEO,Low Earth Orbit)。
2000千米,这是低地球轨道的上限高度。 再往上,就是中地球轨道(MEO,Medium Earth Orbit)。我国北斗卫星导航系统的大部分卫星分布在这里。它们组成了一个庞大的太空网络,时刻为地表人类指引方向。
北斗卫星系统完全体运行示意
| 制 图@郑伯容/星球研究所
36000千米,这是更远处的地球同步轨道(GEO,Geostationary Earth Orbit)的高度。
当赤道上空的卫星达到这个高度时,它便与地表保持相对静止。诸如通信、广播之类的卫星便可以利用这个特点,可以时刻对准目标区域,全时段向地表传输信息。
地球静止轨道示意
| 制 图@郑伯容/星球研究所
如今,环绕在地球周围 的在轨工作 卫星超过2700多颗,未来还将越来越多。 有了它们,我们和太空的联系变得更加紧密。由致力于关注环保与科技发展的嘉实基金所冠名的“动力先锋”号卫星,便是其中之一。
嘉实基金动力先锋号遥感卫星
| 图片来源 @嘉实基金
这颗遥感卫星由我国自主研发,计划于明年年初发射升空,并在500千米高的轨道上运行,对全国范围内的环境变化进行遥感监测,以科技的力量助力环境改善和低碳发展。
而为了让更多人能够体验智能科技带来的改变,嘉实基金还特别发起了“动力先锋,全民上星”计划,无论你身处何方,都可以将你心中的愿望、曾经的故事,或是对未来的畅想、对宇宙的渴望,记录在“动力先锋”号的存储器中,和卫星一起冲出卡门线,飞向浩瀚无垠的太空。
即可向宇宙宣告你的心愿
04
星际空间
现在,人类距离真正摆脱地心引力的束缚,还差最后一步。
1968年12月21日,阿波罗8号飞船载着3名宇航员,从近地轨道加速到10千米/秒,这是一个可以奔向月球的速度。宇航员们在飞行途中拍摄了人类历史上第一幅地球的完整照片。
380000千米,在经过 69个小时后之后,他们到达了月球轨道,人类第一次“击败”了地心引力,从此“地表人类”进化为“星际人类”。
在月球轨道区域,物体主要受月球引力影响,但地心引力对航天器及宇航员的运动影响依旧存在
。图为1968年,阿
波罗8号拍摄的地球
| 图片来源 @NASA
约 22700000000千米 ,这是 旅行者一号—— 目前人类发射的最远的航天器—— 与地球的距离。 人类对于 “ 高度” 的探索,正在突破太阳系。
经典科幻作品《星际迷航》中,曾经有过这样的台词:
“勇敢地航向前人所未至的宇宙洪荒。”
(To boldly go where no one has gone before.)
未来,是星辰大海。未来,是曙光降临。
地表,再见啦。

本帖提到的人: @nasa
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wowoni 金币 +35 - 2021-04-16
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只看该作者 沙发  发表于: 2021-04-15
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