讓大氣層帶著我們乘風破浪

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，坐上飛機遠離愛人，隨著飛機的爬升，超重感撞擊著內心最悴弱的一刻。“三萬英尺”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。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象吧！

滑翔傘如何在高空越野飛行

氣流是氣象學的學術用語，尤指空氣的垂直運動。空氣流動的原因是受熱不均勻所產生的溫差，熱空氣輕而上升，冷空氣流來補充，形成對流。生產場所空氣受車間內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，外面冷空氣由側窗或門進入室內，形成氣流。氣流的流動（風）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定提供了巨大的保護作用。在宇宙中蔓延著強烈的太陽輻射以及太陽風。對于地球來說，有了大氣層的保護，將強烈的太陽輻射以及太陽風隔離在外，保持了地球本身環境的穩定。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，為生命的安全發展做出了不可磨滅的貢獻。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，嚴格來說有雙重含義。首先是科學意義上的外層空間，所指的是地球大氣層之外的整個空間，現代地球物理學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。科學概念中的外層空間便是從大氣層的外部邊緣開始，進而包括整個宇宙。

?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，所以現代科學無法給空氣空間的結束和外層空間的開始作出一道明顯的分界標志。

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，還有太陽風的吹拂，原始的大氣在短時間內就已經消失殆盡。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，主要由二氧化碳構成。

?現代地球物理學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成，還包括其他化學成分，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藍色的一部分原因。

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部擁有由氨、水和甲烷組成的揮發性物質（類似于"冰"），這些物質逐漸轉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%的大氣質量和90%以上的水汽質量。因此大氣中的主要天氣現象，如云、霧、降水等都發生在這一層。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、霧或雪等天氣現象。

平流層的大氣上暖下涼，并且只有水平方向的風，沒有空氣的上下對流，飛機在其中受力比較穩定。此外，平流層中的水汽和懸浮固體顆粒以及雜質等極少，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，謹防燙傷。最后迅速把剝完殼的熟雞蛋放置在細口玻璃瓶的瓶口上，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。當沸水倒入玻璃瓶時，瓶中的沸水會產生大量的水蒸氣，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成水，這樣瓶子內外就出現了氣壓差。于是，瓶子外的大氣壓力就把熟雞蛋緩緩地“吸入”進了瓶中。

聽覺神經結構圖

“遠離地面，快接近三萬英尺的距離”，三萬英尺雖然離我們很遙遠，但透過這遙遠的距離，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耳鳴、頭痛等現象？

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

而當飛機急劇下降時，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入中耳，從而使鼓室內形成負壓，當鼓室內與外界的壓力差達到15～30mmHg（毫米汞柱）時，就會發生中耳粘膜充血、鼓膜內陷等變化，這種變化對內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，有可能使內耳出現滲液、出血和膜迷路積水而導致內耳的功能障礙，從而出現耳痛、耳鳴。氣壓損傷大多發生在飛機降落過程中，尤其是在4000～10000米范圍內下降時。

（責任編輯 / 陳天昊? 美術編輯 / 李子夜）