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2 # 心繫宇宙天地寬
地球有一個複雜的大氣層。從下往上,最底層是對流層,從地面延伸約10公里高;10公里以上為平流層;再往上為中間層;從約80公里高度開始,大氣非常稀薄,並因為太陽輻射的紫外線、x射線和高能射線使得氣體分子電離,形成自由電子與正離子,這個處於部分或完全電離的狀態的大氣層延伸到約1000公里高度。
電離層主要受太陽輻射影響,因此電離層隨晝夜以及Sunny對不同高度不同成分的空氣分子的影響產生不同的分層。
在對流層中,氣溫隨海拔升高而降低,每上升100米平均溫度下降約0.6℃。
高度到達平流層時,因為含有臭氧,而臭氧有吸收紫外線的功能,溫度停止繼續降低,因此這一層也稱為同溫層。
繼續升高到中間層時,因為這裡的大氣含有光化學作用產物,溫度變化又開始隨高度上升而下降,此處也被稱為光化層。
隨著高度到達80公里往上的電離層後,越往上升溫度就會越高,最高甚至能達到1200攝氏度以上,又被稱為增穩層或熱層。
但是,溫度不等於熱量,溫度是衡量分子運動強度的單位,而熱量是氣體蘊含的總能量,熱層雖然溫度很高,但是因為空氣極度稀薄,所以總的熱量很低。
這個話題還真不好回答,因為大氣的溫度並不是隨著海拔的增加而線性增加的。讓我們先來看一下圖片吧。
上面這張圖的橫座標是溫度(單位是攝氏度)、縱座標是高度(單位是千米)。
從圖中我們可以看出:
一、在對流層、海拔10Km以下,溫度是逐漸降低的(參見圖中紅色曲線)。這是因為,當Sunny穿透大氣層的時候是可見光,波長比較短。空氣分子的間距比較大,所以大部分光線是可以透過大氣照射在地面上的。地面吸收了太Sunny溫度開始升高,並向大氣中釋放處紅外線。由於紅外線的波長比較長,是能夠被空氣分子吸收的。空氣分子吸收了紅外線之後,動能增加,於是地面的溫度就升高了。
這個階段由於是地面的空氣溫度先升高,再把動能向高處傳遞,所以距離地面越遠溫度越低。由於這一層上冷下熱,造成熱空氣可以上升,冷空氣可以下降,這樣的話空氣對流活躍,所以叫對流層,這一層的空氣上下對流現象也是照成地球上的雲雨活動的原因。
這裡值得一提的是,空氣中的二氧化碳O=C=O,這是二氧化碳的分子結構,由碳和氧組成的分子健在結構上拉成的一條直線。這樣就使得二氧化碳更容易吸收地面反射出來的紅外線,變成動能。二氧化碳再透過熱運動的碰撞把動能傳遞給空氣分子。這就是為什麼二氧化碳被視為溫室氣體的原因。
二、平流層、海拔10Km-55Km之間,溫度逐漸升高。在平流層中分佈著臭氧層、水汽比較少,臭氧能夠吸收短波輻射,因此可以直接受太陽輻射,這樣,平流層也就越離地面近氣溫越低 ,在30Km以上溫度迅速上升,大氣以水平運動為主,造成空氣很難形成上下的對流,所以天氣很晴朗,有利於飛行,因此民航飛機多飛行於這一層。
這一層中,有一個重要的組成部分就是臭氧層。它的高度為22Km-27Km,臭氧層的主要作用就是阻隔太陽照射過來的紫外線輻射,它對於人類的意義是毋庸置疑的。
三、高層大氣。包括:中間層、海拔55Km-80Km,暖層80Km-1000Km,1000Km以上是散逸層。從圖上我們也能看出,中間層大氣溫度也是從高到底逐漸變化,等到了中間層頂層以上,溫度變化再次變成從低到高漸次變化,這個變化也趨於平緩。這主要是因為,這裡的空氣非常的稀薄。
這裡需要注意的一個地方是電離層。它位於80Km-500Km,這個電離層對無線電通訊有重要作用,主要是作為短波電臺的空間反射面。當然了,後來特斯拉研究利用地面和電離層來傳遞電力的事咱們就不提了。