「流星雨」宇宙浪漫神秘,但流星為什麼會發熱、發光呢?

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很多人可能以為,流星的光是由於隕石進入大氣層和大氣層的空氣摩擦生熱而引起的,其實這樣說在很大程度上是不對的。事實上,隕石在進入大氣層後所產生的熱量大部分都是由於空氣的壓縮而產生的,摩擦空氣產生的熱量只是很小的一部分。隕石壓縮空氣產生的熱量最終使隕石燃燒發光,形成曇花一現的流星,大多數隕石最終也在高溫下燃燒殆盡。下面我們來解說一下這個過程。

隕石在進入大氣層後,壓縮了它前面的空氣,使得隕石前面的空氣溫度迅速升高至幾千度,然後點燃了隕石,從而使隕石發光變成了我們可以看見的流星。也就是說,是壓縮空氣成就了流星的悽美「絕唱」,而不是摩擦空氣。

壓縮空氣為什麼會產生大量的熱量呢?這其實和能量守恆定律有關係。當隕石進入大氣層時,速度是非常快的(通常是幾十千米每秒),這時隕石前部的空氣無法快速地被「擠到」隕石周圍,因此會被迅速壓縮。根據能量守恆定律,對氣體壓縮所做的功會轉為氣體的內能,進而表現為氣體溫度的升高。

這種現象在日常生活中很常見,例如我們用打氣筒給輪胎打氣,由於我們在壓縮氣體做功,打氣筒內的空氣溫度會升高,因而打氣筒會發熱。同理,由於隕石前部的空氣被壓縮的非常厲害,因此溫度也會升的非常高,通常會在2000攝氏度左右,在這麼高的溫度下,大多數隕石都會被燒毀,地球上的生命也因此得到了有效的保護。

當然,還是會有極少數比較耐燃的隕石在未燃燒完就降落到了地球,這就是我們在各種航天博物館裡見到的隕石了。這種隕石一般都十分稀少,是十分寶貴的科學研究材料。

對於各種人造太空飛行器(包括人造衛星、載人飛船,甚至是空間站等)返回大氣層時發光發熱,原理和隕石其實是相近的,它們的壓縮空氣的效率甚至比隕石還高。

對於其他的一些不耐燃的太空飛行器,儘管形狀和返回艙不一樣,但是原理幾乎都是一樣的。進入大氣層後,經過一段時間,由於壓縮空氣產生的高溫,整個太空飛行器都會燃燒起來。例如前蘇聯的「和平號」空間站和中國的「天宮一號」空間站墜毀的時候大部分部件都在大氣層中被燒成灰燼了,只有一小部分散落在了太平洋。

可能有的同學會問,為什麼太空飛行器在離開地球時不會發熱?原理其實很簡單,因為各種太空飛行器(包括載人飛船,空間站,衛星等等)離開地球時都是通過火箭來運載的,火箭的形狀是流線型的,很容易「擠開」前進方向的空氣,而摩擦產生的熱量相對來說又很小,因此火箭在離開地球時並不會經歷很高的溫度考驗。

當然,我們也可以用火箭來對返回地球的返回艙進行減速,但是那樣就意味著雙倍的燃料,這不但增加了發射的費用,而且會嚴重降低火箭的有效負荷,是一項費力不討好的舉措。況且,大自然已經給我們提供了——大氣層——這麼好的免費「剎車器」,為什麼不去用呢?

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