第02章 飛行器的活動范圍

§2.1地球大氣層§2.2太陽系§2.3恒星世界回總目錄§2.1地球大氣層美麗而又千變萬化的地球大氣從宇宙空間看到的地球，包圍在地球外部的一層美麗而又千變萬化的氣體，總稱為大氣或大氣層。大氣層以地球的水陸表面為其下界，稱為大氣層的下墊面。不要小看這句話，這句話是人類對大氣思索，設計實驗，野外觀測和發(fā)展探測技術的歷史的總結。回目錄頁下一頁古希臘哲學家亞里斯多德曾經猜想：我們這個世界是由四個殼層組成的，而這四個殼層又分別由四種原質構成，它們是：土(實心球),水(海洋),空氣(大氣)和火(一個不可見的外層,在閃電的閃光中,它偶而成為可見的)。他說，這些殼層之外的宇宙是由神秘的、純粹的第五種原質構成，他把它叫做“以太”。在這樣一幅圖象之中，是沒有“真空”(即“無物”)的位置的：在土的盡頭，水就開始出現；土和水的盡頭，氣開始出現；火開始于氣的盡頭；而在火的盡頭，以太又緊接著開始出現，它一直延續(xù)到宇宙的終級亞里斯多德的猜想與伽利略的設想回目錄頁下一頁“大自然厭惡真空。”─古代的哲學家們就是這樣說的。水壓機看來正是大自然厭惡真空的極好的例證。在水壓機的把手被壓下去時，活塞就被提起來，從而在圓筒的下半部分留下一段真空。但由于大自然厭惡真空，所以周圍的水會打開筒底的一個單向閥門，涌入真空。重復進行這種運作，就會把筒內的水越提越高，直到它從泵口流出。根據亞里斯多德的學說，應該用這個方法把水提到任意高度的?；啬夸涰撓乱豁搧喞锼苟嗟碌牟孪肱c伽利略的設想但是那些不得不把水從礦坑底部汲上來的礦工們卻發(fā)現，無論花費多大的努力和多長的時間，都不可能把水汲到離原來水面10米以上。伽利略的探索的一生的晚年,對這個謎感到興趣。顯然,大自然對真空的厭惡只是到一定的限度為止,除此之外,他不可能再得出任何結論了。他懷疑如果使用密度比水大的液體,這個限度會低一些,但他沒有來得及做這個實驗就死了?；啬夸涰撓乱豁搧喞锼苟嗟碌牟孪肱c伽利略的設想大氣以它變幻莫測的魅力吸引著人們。很早以前，人們就對這令人撲朔迷離的大氣世界，產生了極大的興趣。特別對于它的“身世”是最關心的了。大氣是怎樣誕生的？原始大氣是什么樣子？是否與今天的大氣一樣？……這一系列的問題，一直爭論至今。人們都承認，地球大氣是伴隨著地球的形成過程，經過了億萬年的不斷“吐故納新”，才演變成今天的這個樣子。但它是怎樣演變的呢？一般認為，地球大氣的演變過程可以分為三個階段。㈠原始大氣階段㈡次生大氣階段㈢今日大氣階段地球大氣的由來回目錄頁下一頁大約在50億年前，大氣伴隨著地球的誕生就神秘地“出世”了。也就是拉普拉斯所說的星云開始凝聚時，地球周圍就已經包圍了大量的氣體了。原始大氣的主要成分是氫和氦。當地球形成以后，由于地球內部放射性物質的衰變，進而引起能量的轉換。這種轉換對于地球大氣的維持和消亡都是有作用的，再加上太陽風的強烈作用和地球剛形成時的引力較小，使得原始大氣很快就消失掉了。原始大氣階段回目錄頁下一頁地球生成以后，由于溫度的下降，地球表面發(fā)生冷凝現象，而地球內部的高溫又促使火山頻繁活動，火山爆發(fā)時所形成的揮發(fā)氣體，就逐漸代替了原始大氣，而成為次生大氣。次生大氣的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氫和氨等一些分子量比較重的氣體。這些氣體和地球的固體物質之間，互相吸引，互相依存。氣體沒有被地球偌大的離心力所拋棄，而成為大氣的第二次生命——次生大氣。次生大氣階段回目錄頁下一頁隨著太陽輻射向地球表面的縱深發(fā)展，光波比較短的紫外線強烈的光合作用，使地球上的次生大氣中生成了氧，而且氧的數量不斷地增加。有了氧，就為地球上生命的出現提供了極為有利的“溫床”。經過幾十億萬年的分解、同化和演變，生命終于在地球這個襁褓中誕生了。原始的單細胞生命，在大氣所紡織成的“搖藍”中，不斷地演變、進化，終于發(fā)展成了今天主宰世界文明的高級人類。今天的大氣也在這個過程中，獲得了如此一個“美滿的家庭”。今日大氣階段回目錄頁下一頁㈠對流層㈡平流層㈢中間層㈣電離層㈤散逸層根據大氣的特性大氣層分為：回目錄頁下一頁大氣的分層對流層對流層是緊貼地面的一層，它受地面的影響最大。因為地面附近的空氣受熱上升，而位于上面的冷空氣下沉，這樣就發(fā)生了對流運動，所以把這層叫做對流層。它的下界是地面，上界因緯度和季節(jié)而不同。據觀測，在低緯度地區(qū)其上界為17-18公里；在中緯度地區(qū)為10-12公里；在高緯度地區(qū)僅為8-9公里。夏季的對流層厚度大于冬季。以南京為例，夏季的對流層厚度達17公里，而冬季只有11公里，冬夏厚度之差達6公里之多。回目錄頁下一頁對流層的特點對流層包含了大氣層質量四分之三的大氣，氣體密度最大，大氣壓力也最高；氣溫隨高度的增加而下降；存在各種氣象變化：風、雨、云、霧、雪等；大氣不僅存在水平流動，也存在垂直流動。回目錄頁下一頁④平流層在對流層的頂部，直到高于海平面50-55公里的這一層，氣流運動相當平衡，而且主要以水平運動為主，故稱為平流層。主要特點：平流層內大氣只有水平運動（水平風）集中了全部大氣質量的四分之一不到的空氣。回目錄頁下一頁中間層平流層之上，到高于海平面85公里高空的一層為中間層。這一層大氣中，含有大量的臭氧，氣溫隨高度的增加而下降的很快，到頂部氣溫已下降到-83℃以下.由于下層氣溫比上層高,有利于空氣的垂直對流運動,故又稱之為高空對流層或上對流層.中間層頂部尚有水汽存在,可出現很薄且發(fā)光的“夜光云”，在夏季的夜晚，高緯度地區(qū)偶爾能見到這種銀白色的夜光云。回目錄頁下一頁中間層的特點大氣質量只占大氣中質量的1/3000左右。含有大量的臭氧?；啬夸涰撓乱豁撾婋x層從中間層頂部到高出海面800公里的高空，稱為暖(熱)層，又叫電離層。這一層空氣密度很小，在700公里厚的氣層中，只含有大氣總重量的0.5％。據探測，在120公里高空，聲波已難以傳播；270公里高空，大氣密度只有地面的一百億分之一，所以在這里即使在你耳邊開大炮，也難聽到什么聲音。暖層里的氣溫很高，據人造衛(wèi)星觀測，在300公里高度上，氣溫高達1000℃以上。所以這一層叫做暖層或者熱層?；啬夸涰撓乱豁撋⒁輰优瘜禹斠陨系拇髿饨y(tǒng)稱為散逸層，又叫外層。它是大氣的最高層，高度最高可達到3000公里。這一層大氣的溫度也很高，空氣十分稀薄，受地球引力場的約束很弱，一些高速運動著的空氣分子可以掙脫地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空間中去。根據宇宙火箭探測資料表明，地球大氣圈之外，還有一層極其稀薄的電離氣體，其高度可伸延到22000公里的高空，稱之為地冕。地冕也就是地球大氣向宇宙空間的過渡區(qū)域。人們形象地把它比作是地球的“帽子”?；啬夸涰撓乱豁撉疤K聯的維爾諾夫(С.Н.Вернов)、美國的范艾倫(J.A.VanAllen)先后闡明了內、外輻射帶的存在。內、外輻射帶由地球磁場所捕獲的帶電粒子組成。內輻射帶中的帶電粒子能量很大，對人及生物會產生傷害。內、外輻射帶：回目錄頁下一頁內、外輻射帶示意圖回目錄頁下一頁§2.2太陽系太陽系的九大行星：水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星回目錄頁太陽系九大行星數據表太陽系九大行星比較回目錄頁

與太陽的距離

（天文單位）表面

平均溫度大氣狀況公轉週期

（日）自轉週期

（日）質量

（地球=1）衛(wèi)星數目水星0.39約350~-170沒有大氣87.9758.650.005無金星0.72約300~40095%是二氧化碳224.70243.0.815無地球1約15~204/5氮，1/5氧365.260.99711月球1約120~-140沒有大氣37.3227.320.0123

火星1.52約-33(很冷)幾乎二氧化碳66.781.0260.1072木星5.2約-150(更冷)氫和氦11.860.414317.8316土星9.56約-180(最冷)氫和氦29.460.04495.1618天王星19.22

84.020.71814.5421海王星30.11

164.770.67117.158冥王星39.54

247.86.390.00221注：地球到太陽的平均距離一億五千萬公里為一個天文單位

下一頁太陽系九大行星比較回目錄頁最左側是太陽，依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星及冥王星。木星的直徑是地球的11倍，太陽是木星直徑的10倍。冥王星只有地球的1/5大小。這個示意圖中并沒有顯示出九大行星與太陽的距離關系?；厣弦豁撍撬鞘翘栂抵凶羁拷柕拇笮行?。距太陽的平均距離約5800萬公里。除冥王星外，它是太陽系大行星中最小的，直徑約4870公里。

水星繞日公轉的軌道是一個很扁的橢圓。它的公轉周期是大行星中最短的，僅88個地球日。它的平均軌道速度是大行星中最高的，為每秒48公里。水星的自轉速度很慢，它自轉一周等于地球上59天，而水星上的兩次日出要間隔176個地球日?；啬夸涰摶厣弦豁摻鹦墙鹦鞘翘栂档木糯笮行侵?，按照離太陽由近及遠的順序排列是第二顆，緊挨著我們的地球。在夜晚天空中，除了月球之外，金星是最明亮的天體，亮度最大時為-4.4等，比著名的天狼星還亮14倍。中國民間稱為“太白星”或“太白金星”。古代有人把它誤認為兩顆星。在中國史書上，分別稱為“啟明星”和“長庚星”?；啬夸涰摶厣弦豁摰厍虻厍驘o疑是太陽系乃至宇宙中最為精彩絕倫的一個天體。地球上有著其他行星沒有的萬千氣象；得天獨厚地享受太陽的適當溫暖，保護萬物眾生的無害大氣和滋潤生靈的江河湖海。更精彩的是地球孕育了宇宙中極為罕見的生命以及生命的極致——人類。人們站在地上仰望星空，像始終給予人們浪漫幻想一樣，月亮永遠伴隨著地球年復一年。回目錄頁回上一頁火星按距離太陽的遠近，火星排在第四位，是地球的鄰居。因為火星與地球之間的距離變化幅度相當大，在夜空里的位置也不斷變化，看上去它總是時亮時暗，所以中國古代稱它為“熒惑”；又因為它的顏色發(fā)紅，古代羅馬人便用神話中的戰(zhàn)神瑪爾斯（Mars）給它命名?；啬夸涰摶厣弦豁撃拘悄拘鞘翘栂稻糯笮行侵凶畲蟮囊粋€，其他所有行星加在一起還不夠它的一半；木星是一個液態(tài)的星球，沒有固定的表面；它的大氣日夜不停地咆哮，橙色的厚厚云層被高速旋轉的木星拉出色彩斑斕的條紋；木星的主要成分是氫和氦，與太陽類似且自身還在發(fā)出熱能，有人說它會發(fā)展成為一顆恒星；巨大的木星擁有16顆衛(wèi)星，儼然是太陽系中的一個小家族。其中的一顆衛(wèi)星上居然被認為可能有生命存在......所有這些使木星與其他行星相差甚遠，引得地球人倍加注目?；啬夸涰摶厣弦豁撏列?004年7月1日，經過七年漫長的宇宙飛行，“卡西尼”號飛船到達神秘的土星。土星有一個巨大而迷人的光環(huán)，那是由無數物質碎片或冰塊組成的，里面包含著很多關于太陽系形成的信息；土星還擁有太陽系最大的衛(wèi)星泰坦，那里有濃厚的大氣，可能還有冰的海洋。過去人們以為遙遠的土星就是太陽系的邊界，現在已經可以到那里去做客?；啬夸涰摶厣弦豁撎焱跣?8世紀末期，一個英國音樂師喜歡上了磨制望遠鏡，并一發(fā)而不可收。1781年3月的一天，他用自己磨制的望遠鏡巡天觀察時，偶然發(fā)現了一顆星。起初，他以為是一顆慧星，后來根據它的運動，確定是顆行星。這個音樂師叫威廉-赫歇爾，那顆行星叫天王星。赫歇爾的發(fā)現使人類知道土星之外還有一個大行星。后來赫歇爾磨了數百架望遠鏡，改行做了天文學家?；啬夸涰摶厣弦豁摵Ｍ跣翘焱跣前l(fā)現以后，引發(fā)了一股觀測天象的熱潮。天文學家發(fā)現天王星不能像別的行星那樣規(guī)矩地在軌道上運行，便懷疑在天王星的外面還有一顆行星在干擾它。這顆未知的行星比天王星還遙遠，它的光亮一定非常微弱，找到它難如大海撈針。后來英國和法國的兩個年輕人根據一些科學定律，用筆和紙計算出了那顆未知行星的軌跡，在他們的“指引”下，天文臺馬上就在茫茫夜空里找到了這顆星。人們給它起名：海王星。這件事又一次體現出科學理論預言未知事物的巨大威力。這兩個年輕人是英國的亞當斯和法國的勒維耶。回目錄頁回上一頁冥王星1930年，24歲的美國天文學家湯博發(fā)現了冥王星。使太陽系的大行星增加到了九顆。冥王星是九大行星中個子最小，離太陽最遠的一個，既使用世界上最大的望遠鏡觀測，它也只有一粒小米般大。冥王星離太陽比地球要遠38倍半，它環(huán)繞太陽一圈需要248.5年，從它被發(fā)現至今，也才轉了不到三分之一圈。對這個位于太陽系邊緣的行星，目前人類所知甚少。

06年國際天文學會因質量、體積、軌道等原因，將冥王星從九大行星中刪除?；啬夸?/p>