徐海 羅秦理 趙聰 公明

三萬英尺，爬升速度將我推向椅背;模糊的城市慢慢地飛出我的視線，呼吸提醒我活著的證明;飛機正在抵抗地球，我正在抵抗你，遠(yuǎn)離地面快接近三萬英尺的距離……《三萬英尺》由中國臺灣著名歌手迪克牛仔演唱，整首歌講述一個失愛者，坐上飛機遠(yuǎn)離愛人，隨著飛機的爬升，超重感撞擊著內(nèi)心最悴弱的一刻?！叭f英尺”究竟有多高，我們無法形容。但這里還屬于地球的大氣圈層之內(nèi)。我們就來看看，在“三萬英尺”的上空有哪些奇妙的宇宙天文現(xiàn)象吧！

滑翔傘如何在高空越野飛行

氣流是氣象學(xué)的學(xué)術(shù)用語，尤指空氣的垂直運動。空氣流動的原因是受熱不均勻所產(chǎn)生的溫差，熱空氣輕而上升，冷空氣流來補充，形成對流。生產(chǎn)場所空氣受車間內(nèi)熱源的加熱而體積膨脹、密度變小，將由上部出氣口排至室外，外面冷空氣由側(cè)窗或門進(jìn)入室內(nèi)，形成氣流。氣流的流動（風(fēng)）速度以米/秒表示。

氣流形成示意圖

簡單地說，向上運動的空氣叫做上升氣流，向下運動的空氣叫做下降氣流。上升氣流又分為動力氣流和熱力氣流、山岳波等多種類型，滑翔傘一般利用動力上升氣流和熱力上升氣流兩種來完成滯空、盤升和長距離越野飛行。

讓地球套上“秋褲”的大氣層

地球大氣層又稱大氣圈，是因重力關(guān)系而圍繞著地球的一層混合氣體，也是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地。地球大氣的主要成分為氮（78.1%），氧氣（20.9%）以及氬氣（0.93%），還有少量的二氧化碳、稀有氣體（氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣氡氣）和水蒸汽，這些混合氣體被稱為空氣。

大氣層的空氣密度隨高度而減小，高度越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。在離地表2000～16000千米高空仍有稀薄的氣體和基本粒子，而在地下、土壤和某些巖石中也會有少量氣體，它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個組成部分。

大氣層是因為它為地表的生命以及地球本身的穩(wěn)定提供了巨大的保護(hù)作用。在宇宙中蔓延著強烈的太陽輻射以及太陽風(fēng)。對于地球來說，有了大氣層的保護(hù)，將強烈的太陽輻射以及太陽風(fēng)隔離在外，保持了地球本身環(huán)境的穩(wěn)定。太陽光線中的紫外線對于生命的殺傷力也是非常大的，而大氣層中的臭氧層則將這一危險元素也通通隔離，為生命的安全發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。另外大氣層的存在也讓地球如同套上了貼身舒適的“秋褲”，能夠讓地表的溫度變得更加穩(wěn)定，而且更適宜生命生存。

何為地球的外層空間

我們目前談及的外層空間，嚴(yán)格來說有雙重含義。首先是科學(xué)意義上的外層空間，所指的是地球大氣層之外的整個空間，現(xiàn)代地球物理學(xué)將地球上空的大氣層分為五層：對流層，從海平面至10千米;平流層，10～50千米;外平流層，50～80千米;熱成層，80～400千米;外大氣層，400千米?？茖W(xué)概念中的外層空間便是從大氣層的外部邊緣開始，進(jìn)而包括整個宇宙。

?大氣層的存在讓地球如同套上了貼身舒適的“秋褲”

由于空氣空間和外層空間的過渡是一個十分緩慢的過程，稠密的大氣層在宇宙空間中是逐漸被稀釋的，在上萬千米的高空中空氣依然存在，甚至在幾十萬千米的高度中仍有大氣粒子，所以現(xiàn)代科學(xué)無法給空氣空間的結(jié)束和外層空間的開始作出一道明顯的分界標(biāo)志。

在地球之外的太陽系中，也會存在大氣層的身影。水星因為本身的引力不夠強大，加上高溫的影響，還有太陽風(fēng)的吹拂，原始的大氣在短時間內(nèi)就已經(jīng)消失殆盡。盡管如此，研究顯示水星表面還是有一層稀薄的大氣包圍著，成份有氫、氦、氧、鈉、鈣和鉀，綜合的大氣壓力為10～15 帕（實際上是微不足道的）。

金星比地球大氣層更為厚重與濃密，表面溫度為攝氏467度，而氣壓則為97帕，主要由二氧化碳構(gòu)成。

?現(xiàn)代地球物理學(xué)將地球上空的大氣層分為五層

火星大氣層相對較薄，在火星大氣中含有95%的二氧化碳、3%的氮氣、1.6%的氬氣、以及少部分氧氣、水汽和甲烷。因為火星大氣中充滿很多塵埃，使得火星地表看起來是黃褐色的。

木星大氣層是太陽系內(nèi)最大的行星大氣層，主要由和太陽大氣層比例大致相同的氫分子和氦分子構(gòu)成，還包括其他化學(xué)成分，包括甲烷、氨、硫化氫等。

土星大氣層的主要成份是氫，此外還有少量的氦和甲烷。

海王星的大氣層以氫和氦為主，還有微量的甲烷。而甲烷是使行星呈現(xiàn)藍(lán)色的一部分原因。

天王星的大氣層雖然還是以氫和氦為主要成分。但不同于木星和土星的是，天王星上層的大氣層之下沒有金屬氫。取而代之的是在其內(nèi)部擁有由氨、水和甲烷組成的揮發(fā)性物質(zhì)（類似于"冰"），這些物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)換成以氫和氦為主的大氣層并混合在一起。

航空客機為什么選擇在平流層飛行？

對流層是最靠近地面的一層大氣，其下界是地面，上界則隨緯度和季節(jié)等因素而變化。對流層厚度雖然不大，但卻集中了大約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。因此大氣中的主要天氣現(xiàn)象，如云、霧、降水等都發(fā)生在這一層。飛機在對流層行駛會遭遇氣流侵襲，因而不利于飛機平穩(wěn)行駛。

?在地球之外的太陽系中，也會存在大氣層的身影?航空客機在平流層飛行

既然飛機無法在對流層平穩(wěn)飛行，那么最佳的選擇就是平流層。平流層（同溫層）位于對流層之上，頂端離地面大約30千米，平流層溫度大體不變，平均為-56.5℃，幾乎不存在水蒸氣，所以沒有云雨、霧或雪等天氣現(xiàn)象。

平流層的大氣上暖下涼，并且只有水平方向的風(fēng)，沒有空氣的上下對流，飛機在其中受力比較穩(wěn)定。此外，平流層中的水汽和懸浮固體顆粒以及雜質(zhì)等極少，能見度很高，并且平流層距離地面較高，為12～15千米，飛機對地面噪聲污染也相對較小，因此平流層是飛機理想的飛行空間。

感受大氣壓的力量

有沒有更直觀的方式或者方法來感受大氣壓的力量呢？一起來實驗室里見分曉吧！

這個的效果非常有趣形象。只需要準(zhǔn)備一個剝好殼的熟雞蛋，一壺沸水，和一個瓶口略小于熟雞蛋的玻璃瓶即可。先把沸水緩緩倒入玻璃瓶中，注意不用倒得太滿。然后小心地用手捏住玻璃瓶的瓶口，慢慢搖晃玻璃瓶，再倒出其中的沸水，此時千萬要注意安全，謹(jǐn)防燙傷。最后迅速把剝完殼的熟雞蛋放置在細(xì)口玻璃瓶的瓶口上，你就能非常明顯地觀察到熟雞蛋一點一點被玻璃瓶“吸入”的過程。

原來這是大氣壓在作祟。當(dāng)沸水倒入玻璃瓶時，瓶中的沸水會產(chǎn)生大量的水蒸氣，源源不斷的水蒸氣會把瓶中原本的空氣“趕出”瓶子。在倒掉沸水放上熟雞蛋后，雞蛋會和瓶口嚴(yán)密地貼合起來。在瓶子慢慢冷卻的過程中，瓶中的水蒸氣會不斷凝結(jié)成水，這樣瓶子內(nèi)外就出現(xiàn)了氣壓差。于是，瓶子外的大氣壓力就把熟雞蛋緩緩地“吸入”進(jìn)了瓶中。

聽覺神經(jīng)結(jié)構(gòu)圖

“遠(yuǎn)離地面，快接近三萬英尺的距離”，三萬英尺雖然離我們很遙遠(yuǎn)，但透過這遙遠(yuǎn)的距離，我們可以在沒有任何干擾的高空中，去追尋和欣賞那一抹壯麗平靜的高空風(fēng)景和浩瀚無垠的星空世界，讓我們帶著最初的夢想與美麗星空在海拔三萬英尺的上空不期而遇、砥礪前行。

知識鏈接

為何坐飛機容易出現(xiàn)耳鳴、頭痛等現(xiàn)象？

乘坐飛機后出現(xiàn)的耳痛、耳鳴癥狀與飛機起降時形成的氣壓變化對內(nèi)耳的損傷有關(guān)，這種損傷稱為氣壓損傷。當(dāng)飛機凌空而上時，大氣壓逐漸降低，中耳鼓室處于相對的高壓狀態(tài)，若鼓室內(nèi)外的氣壓差達(dá)15mmHg（毫米汞柱），大約相當(dāng)于飛機在152米高度時，鼓室內(nèi)的氣體即可沖開咽鼓管外逸，使鼓室內(nèi)外的氣壓重新獲得平衡，以后每當(dāng)鼓室內(nèi)外的壓力差達(dá)到11.4mmHg（毫米汞柱）時咽鼓管就開放一次。

而當(dāng)飛機急劇下降時，由于氣壓變化過大，咽鼓管咽口突然受到壓迫不能自動開放，外界的空氣就不能通過咽鼓管進(jìn)入中耳，從而使鼓室內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)鼓室內(nèi)與外界的壓力差達(dá)到15～30mmHg（毫米汞柱）時，就會發(fā)生中耳粘膜充血、鼓膜內(nèi)陷等變化，這種變化對內(nèi)耳與中耳之間的連接處――前庭窗和蝸窗也有很強的刺激作用，有可能使內(nèi)耳出現(xiàn)滲液、出血和膜迷路積水而導(dǎo)致內(nèi)耳的功能障礙，從而出現(xiàn)耳痛、耳鳴。氣壓損傷大多發(fā)生在飛機降落過程中，尤其是在4000～10000米范圍內(nèi)下降時。

（責(zé)任編輯 / 陳天昊? 美術(shù)編輯 / 李子夜）