让大气层带着我们乘风破浪

徐海 罗秦理 赵聪 公明

三万英尺，爬升速度将我推向椅背;模糊的城市慢慢地飞出我的视线，呼吸提醒我活着的证明;飞机正在抵抗地球，我正在抵抗你，远离地面快接近三万英尺的距离……《三万英尺》由中国台湾著名歌手迪克牛仔演唱，整首歌讲述一个失爱者，坐上飞机远离爱人，随着飞机的爬升，超重感撞击着内心最悴弱的一刻。“三万英尺”究竟有多高，我们无法形容。但这里还属于地球的大气圈层之内。我们就来看看，在“三万英尺”的上空有哪些奇妙的宇宙天文现象吧！

滑翔伞如何在高空越野飞行

气流是气象学的学术用语，尤指空气的垂直运动。空气流动的原因是受热不均匀所产生的温差，热空气轻而上升，冷空气流来补充，形成对流。生产场所空气受车间内热源的加热而体积膨胀、密度变小，将由上部出气口排至室外，外面冷空气由侧窗或门进入室内，形成气流。气流的流动（风）速度以米/秒表示。

气流形成示意图

简单地说，向上运动的空气叫做上升气流，向下运动的空气叫做下降气流。上升气流又分为动力气流和热力气流、山岳波等多种类型，滑翔伞一般利用动力上升气流和热力上升气流两种来完成滞空、盘升和长距离越野飞行。

让地球套上“秋裤”的大气层

地球大气层又称大气圈，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，也是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地。地球大气的主要成分为氮（78.1%），氧气（20.9%）以及氩气（0.93%），还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气氡气）和水蒸汽，这些混合气体被称为空气。

大气层的空气密度随高度而减小，高度越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。在离地表2000～16000千米高空仍有稀薄的气体和基本粒子，而在地下、土壤和某些岩石中也会有少量气体，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。

大气层是因为它为地表的生命以及地球本身的稳定提供了巨大的保护作用。在宇宙中蔓延着强烈的太阳辐射以及太阳风。对于地球来说，有了大气层的保护，将强烈的太阳辐射以及太阳风隔离在外，保持了地球本身环境的稳定。太阳光线中的紫外线对于生命的杀伤力也是非常大的，而大气层中的臭氧层则将这一危险元素也通通隔离，为生命的安全发展做出了不可磨灭的贡献。另外大气层的存在也让地球如同套上了贴身舒适的“秋裤”，能够让地表的温度变得更加稳定，而且更适宜生命生存。

何为地球的外层空间

我们目前谈及的外层空间，严格来说有双重含义。首先是科学意义上的外层空间，所指的是地球大气层之外的整个空间，现代地球物理学将地球上空的大气层分为五层：对流层，从海平面至10千米;平流层，10～50千米;外平流层，50～80千米;热成层，80～400千米;外大气层，400千米。科学概念中的外层空间便是从大气层的外部边缘开始，进而包括整个宇宙。

 大气层的存在让地球如同套上了贴身舒适的“秋裤”

由于空气空间和外层空间的过渡是一个十分缓慢的过程，稠密的大气层在宇宙空间中是逐渐被稀释的，在上万千米的高空中空气依然存在，甚至在几十万千米的高度中仍有大气粒子，所以现代科学无法给空气空间的结束和外层空间的开始作出一道明显的分界标志。

在地球之外的太阳系中，也会存在大气层的身影。水星因为本身的引力不够强大，加上高温的影响，还有太阳风的吹拂，原始的大气在短时间内就已经消失殆尽。尽管如此，研究显示水星表面还是有一层稀薄的大气包围着，成份有氢、氦、氧、钠、钙和钾，综合的大气压力为10～15 帕（实际上是微不足道的）。

金星比地球大气层更为厚重与浓密，表面温度为摄氏467度，而气压则为97帕，主要由二氧化碳构成。

 现代地球物理学将地球上空的大气层分为五层

火星大气层相对较薄，在火星大气中含有95%的二氧化碳、3%的氮气、1.6%的氩气、以及少部分氧气、水汽和甲烷。因为火星大气中充满很多尘埃，使得火星地表看起来是黄褐色的。

木星大气层是太阳系内最大的行星大气层，主要由和太阳大气层比例大致相同的氢分子和氦分子构成，还包括其他化学成分，包括甲烷、氨、硫化氢等。

土星大气层的主要成份是氢，此外还有少量的氦和甲烷。

海王星的大气层以氢和氦为主，还有微量的甲烷。而甲烷是使行星呈现蓝色的一部分原因。

天王星的大氣层虽然还是以氢和氦为主要成分。但不同于木星和土星的是，天王星上层的大气层之下没有金属氢。取而代之的是在其内部拥有由氨、水和甲烷组成的挥发性物质（类似于"冰"），这些物质逐渐转换成以氢和氦为主的大气层并混合在一起。

航空客机为什么选择在平流层飞行？

对流层是最靠近地面的一层大气，其下界是地面，上界则随纬度和季节等因素而变化。对流层厚度虽然不大，但却集中了大约75%的大气质量和90%以上的水汽质量。因此大气中的主要天气现象，如云、雾、降水等都发生在这一层。飞机在对流层行驶会遭遇气流侵袭，因而不利于飞机平稳行驶。

 在地球之外的太阳系中，也会存在大气层的身影 航空客机在平流层飞行

既然飞机无法在对流层平稳飞行，那么最佳的选择就是平流层。平流层（同温层）位于对流层之上，顶端离地面大约30千米，平流层温度大体不变，平均为-56.5℃，几乎不存在水蒸气，所以没有云雨、雾或雪等天气现象。

平流层的大气上暖下凉，并且只有水平方向的风，没有空气的上下对流，飞机在其中受力比较稳定。此外，平流层中的水汽和悬浮固体颗粒以及杂质等极少，能见度很高，并且平流层距离地面较高，为12～15千米，飞机对地面噪声污染也相对较小，因此平流层是飞机理想的飞行空间。

感受大气压的力量

有没有更直观的方式或者方法来感受大气压的力量呢？一起来实验室里见分晓吧！

这个的效果非常有趣形象。只需要准备一个剥好壳的熟鸡蛋，一壶沸水，和一个瓶口略小于熟鸡蛋的玻璃瓶即可。先把沸水缓缓倒入玻璃瓶中，注意不用倒得太满。然后小心地用手捏住玻璃瓶的瓶口，慢慢摇晃玻璃瓶，再倒出其中的沸水，此时千万要注意安全，谨防烫伤。最后迅速把剥完壳的熟鸡蛋放置在细口玻璃瓶的瓶口上，你就能非常明显地观察到熟鸡蛋一点一点被玻璃瓶“吸入”的过程。

原来这是大气压在作祟。当沸水倒入玻璃瓶时，瓶中的沸水会产生大量的水蒸气，源源不断的水蒸气会把瓶中原本的空气“赶出”瓶子。在倒掉沸水放上熟鸡蛋后，鸡蛋会和瓶口严密地贴合起来。在瓶子慢慢冷却的过程中，瓶中的水蒸气会不断凝结成水，这样瓶子内外就出现了气压差。于是，瓶子外的大气压力就把熟鸡蛋缓缓地“吸入”进了瓶中。

听觉神经结构图

“远离地面，快接近三万英尺的距离”，三万英尺虽然离我们很遥远，但透过这遥远的距离，我们可以在没有任何干扰的高空中，去追寻和欣赏那一抹壮丽平静的高空风景和浩瀚无垠的星空世界，让我们带着最初的梦想与美丽星空在海拔三万英尺的上空不期而遇、砥砺前行。

知识链接

为何坐飞机容易出现耳鸣、头痛等现象？

乘坐飞机后出现的耳痛、耳鸣症状与飞机起降时形成的气压变化对内耳的损伤有关，这种损伤称为气压损伤。当飞机凌空而上时，大气压逐渐降低，中耳鼓室处于相对的高压状态，若鼓室内外的气压差达15mmHg（毫米汞柱），大约相当于飞机在152米高度时，鼓室内的气体即可冲开咽鼓管外逸，使鼓室内外的气压重新获得平衡，以后每当鼓室内外的压力差达到11.4mmHg（毫米汞柱）时咽鼓管就开放一次。

而当飞机急剧下降时，由于气压变化过大，咽鼓管咽口突然受到压迫不能自动开放，外界的空气就不能通过咽鼓管进入中耳，从而使鼓室内形成负压，当鼓室内与外界的压力差達到15～30mmHg（毫米汞柱）时，就会发生中耳粘膜充血、鼓膜内陷等变化，这种变化对内耳与中耳之间的连接处――前庭窗和蜗窗也有很强的刺激作用，有可能使内耳出现渗液、出血和膜迷路积水而导致内耳的功能障碍，从而出现耳痛、耳鸣。气压损伤大多发生在飞机降落过程中，尤其是在4000～10000米范围内下降时。

（责任编辑 / 陈天昊  美术编辑 / 李子夜）