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发布时间:2019-04-15 15:22 来源:荆楚网

    我们常常听人人们说,“不知天高地厚”!虽然这种话通常是在领导们或是长辈们在批评晚辈的时候说的,但是天有多高地有多厚这个问题是不是已经困扰你很久了?好奇之心人皆有之,今天的科普100问,我们就真正将这份好奇进行到底。在国外,真的有人将,天高地厚用图片描绘了出来,你可以直观地看到这个难题的答案。
(图片来源于网络,仅做科普之用)
    从地球上仰望天空,见到的是一片蓝色,故天空又有“蓝天”之称。蓝天究竟有多高呢?前苏联三名科学家曾坐气球队对天空的颜色作了一次详细的观测。
    当他们从地面上升至八点六公里的高空时,天空一直是蓝色的;当上升到十点八公里的高空时,天空成了暗蓝色;再上升到十三公里高空时,天空呈暗紫色;超过十八公里的高空,由于空气非常稀薄,光不发生散射,天空成了一片暗紫色。这时出现了人们从未见到过的景观:太阳和星星同时争辉。由此可见,名副其实的蓝天离地面只有十公里左右。
    从人们的普遍理解来说大气层有多厚天就有多高?那么,如果这样计算,天到底有多高呢?
    1783年,法国的孟特格菲兄弟俩成功地释放了人类第一个热气球,热气球载着两名勇敢者飞上天空。这个热气球上升了900多米。
    1804年,法国科学家盖吕萨克乘气球上升到了约7千米的高度。
    1892年,科学家设计出带有仪器的无人乘坐的气球,这样就能升得更高。
    20世纪30年代,科学家设计出能保持地球表面空气压力和温度的密封舱,人类得以进入更高的大气层。
    1938年,被命名为“探险者2号”的气球上升到21千米的高空。
    1960年,载人气球已能上升到34.5千米,而不载人气球已能到达40-50米的高空。
    再后来,飞机、火箭、人造地球卫星的发明,使人们对大气层有了更科学的认识。
    大气层随与地表面的高度不同,其内含的成份、物理、化学特征不同,科学家为了研究揭开大气的秘密,把整个大气层根据其温度变化、成分、电磁特性随高度分布的不同而分成若干层次。
    根据温度变化,科学家将大气层分为5层:对流层、平流层、、逃逸层、电离层、磁层。有人认为磁层顶才是大气圈的顶,依据是阳风是太阳向外抛出的稳定粒子流。它与磁层之间的边界即为磁层顶。磁层在太阳风的作用下发生一系列变化:向着太阳的一面被压缩了,而在背着太阳的一面形成了一个类似于慧星一样的长尾巴枣磁尾。向着太阳的一端距地心约十几个地球半径,即70000~80000千米,它的尾长(背着太阳一端)约l00个地球半径,即600多万千米。因此以这个标准看天有600多万千米高。
    如果用科学的说法来说的话,关于天的高度可能是宇宙的高度,现在科学家已经用科学的方法观测到100万光年的距离,还没有看到宇宙的边缘,也就是说,现在的观念应该是天有无限高(最起码是应该大于100万光年)。

如果天是如中国人所说的应该是整个宇宙,那么到底有多高呢?或曰宇宙的半径究竟有多大呢?我们不妨估算一下。

按照牛顿力学理论,对于半径为R、质量为M的均匀球状星体,如果质量为m的物质粒子要想逃脱它的引力的魔掌(重力势能为0),必须具备足够大的动能,即

其中

为引力常数。很容易导出粒子至少应具备的逃逸速度为

1

宇宙飞船要想挣脱地球的引力飞向天外,可由此计算出最低速度即第二宇宙速度为11.2公里/秒。

言归正传,如果宇宙有大小,没有理由说它不是个球体。现代科学已知宇宙物质平均密度为

设宇宙的半径为R,则宇宙的质量为

2

众所周知,没有任何物质可以逃出宇宙,即使速度达到光速c的粒子。把这个逃逸速度的极限代入式(1),也可得宇宙质量为

3

比较式(2)和(3),可以求出宇宙半径为

代入所有的已知数据,估算出的宇宙半径可能为

这就是的高度。这大概是物质世界实际存在的最大数量级的尺度。其实现代宇宙学的黑洞理论和宇宙大爆炸模型推测的宇宙半径也是这个数量级,即宇宙半径大约在150亿光年左右。

 
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