地球周围有着一层超厚的大气层,厚度大约为1000千米左右,大气层对于人类乃至动物来说都是相当重要的。
假如没有大气层,人类没有诞生的可能性。我们天天生活在大气层中,大家有没有想过,我们的大气层到底有多厚呢?
按照温度的变化规律,我们的大气层一共分为五层,包括对流层,平流层,中间层,热层,散逸层。我们先来说说不同高度的大气层是如何测量的。由于测量不同高度的大气层,需要人类或者飞行器能达到相应的高度,因此测量不同高度的大气层和人类航空航天器的发展是紧密相连的。
18世纪在发明了热气球之后不久,就有科学家乘坐热气球去实际测量大气的温度,然后发现直到10km左右的高空大气的温度都是随着高度的升高而降低的。10km以上的高空,氧气过于稀薄,气温也十分低,在当时没有任何的保护措施下,科学家已无法乘坐热气球前往更高的高度了。
20世纪初,探空气球的发明给科学家们的科研活动提供了新的可能。1902年,法国和德国的科学家利用探空气球几乎同时发现,在超过10km的高空后不久,大气的温度并没有一直降低,反而会有上升,这就是平流层的发现。
平流层最高可达50km左右,20世纪初发明的探空气球都不可能达到这么高的高度,因此关于更高气层的研究一直无法进行。
中间层的高度一直持续到80-90km左右,这个高度也就仅仅比V2火箭的最大飞行高度低一点,因此中间层后面的热层以及散逸层的发现都是航空火箭和人造卫星之后的事了。因此大气层的高度,或者说厚度其实是人类通过不同的航天器给出的测量数据来估算出来的。
V2火箭
总的来说根据不同高度温度的变化,科学家把大气层一共分为五层,包括对流层(0-10km左右),平流层(10-50km左右),中间层(50-85km左右),热层(80-800km左右),散逸层(800-2000或者3000km左右)。温度在不同区域的变化示意图如下图所示:
一般飞机的巡航高度就在对流层和平流层的交界处附近,温度比较低,但是如果再往高处飞的话,会进入平流层。由于平流层存在大量的臭氧,因此会吸收大量的紫外线辐射,温度就会逐渐升高而不是下降。
另外,不同层面的分界并不是很明显,会受不同的经纬度的影响,因此给出的数值也是一个估计,不同文献上也可能会有一些差别,但是总体不会差很多。因此说地球大气层的厚度在1000-3000千米之间都是可以接受的。
我们地球的大气层外界并没有一个明确的边界,我们并不会在到达某个高度之后突然进入太空,大气层的密度是随着高度的增加而不断减少,最后变得非常低,但不会是零。例如在100km的高大气密度约为地面的200万分之一,在200km的高空上大气的密度就只有地面的百亿分之一了,超过300千米之后,大气的密度会低于地面密度的千亿分之一。
在超过300千米的高空当然也能检测到大气层,只是密度非常低,甚至在10000千米的高空也是能检测到大气分子的,只是在那个高度大气分子和太阳风吹出的粒子已经融为一体很难区分了。
总之,我们可以看到,大气层的厚度的确定并不是一蹴而就的,而是一个渐进的过程。这其实和大多数的科学研究是一样的,要想取得大的研究成果,就必须不断的学习前人积累的知识和经验,然后才有可能最终在前人的基础上更上一层楼。
地球大气层有什么用?
地球表面有着一层1000千米左右的大气层,这是地球上所有生物乃至人类得以生存发展的必要条件。正是在大气层的作用之下,地球才会有了氧气,地面的温度也可以保持在合适的范围之内。
当太阳光照射地球的时候,大气会吸收反射一部分,让太阳的能量减弱一部分。而太阳辐射的强度实际上是跟随着大气层的变化有所不同。白天时候,太阳照射在地面上,大气让太阳的能量均匀扩散开来,地面的温度也就不会大起大落,会比较均匀同时比较缓慢的逐渐升高。
而夜晚的时候,反应和白天正好相反,地面会将白天获得的能量在空气中散开,在大气层的作用下这种过程也是缓慢而持续的,所以即使是夜晚,地面温度也不会达到一个很低的界限。
大家不要小看这个反复的过程,正是大气的这种相关作用,让地面温度保持在一个和谐的范围。既不会超高让人受不了,也不会极度低下。
除了这些之外,太阳系实际上并不安定,时刻会有各种石头飞向地球,很多都在地球的引力之下以极快速度向着地球奔去。但是大气层成功阻挡了石头的去路,让它们发生了剧烈摩擦,最终自燃。很多流星实际上都是这些外来飞客,它们因为大气层减慢了速度并且不由燃烧起来。
除之之外大气层成功吸收掉其他恒星或者星系发出的有害射线信号等等,让地球环境保持在一个温度的界限。假如没有地球大气层,那么人类很有可能就不复存在了。当然并不只有地球一个星球拥有大气层,像火星、土卫二等都拥有大气层,但是没有哪一个大气层是正好适合人类的。