晨光中的层叠山脉、云海与高大的白色积云;艺术场景

从一口空气,到一颗星球

从地面
到太空

熟悉的蓝天之上,
还有多少我们未曾看见的世界?

开始向上

向下滚动,让视线向上

地面 → 近地轨道艺术场景 · 非实拍

01 / 对流层 TROPOSPHERE

0—12 km · 示意范围

一抬头,
就是故事的开始。

风、雨与大多数云,
都发生在这层贴近地面的空气里。

对流层平均约有 12 公里厚,在赤道附近较高、两极较低。它承载着我们熟悉的大部分天气。层与层的边界会变化,天空没有整齐的楼板。[1]

一个日常的疑问

蓝色,从哪里来?

阳光经过空气,较短波长的蓝光更容易被散射到不同方向。我们抬头看见的蓝色,来自这些散开的光。[2]

图中路径、粒子和颜色均为解释性示意。
阳光经过空气发生散射 阳光照向空气分子,较短波长的光更易向不同方向散射。可用按钮显示解释路径。 太阳 空气中的分子 散向各处的蓝光

02 / 平流层 STRATOSPHERE

12—50 km · 示意范围

穿过大多数天气,空气继续变稀薄。

让一只气球,
替我们看看高空。

没有驾驶舱,
也能带回天空的消息。

NWS 的探空气球可上升到超过 35 公里的高度。它携带的仪器一路记录空气的变化。在这一层,臭氧还吸收着来自太阳的紫外线。[3][1]

气球通过细线连接橙色降落伞与白色探空仪的概念插画,连线长度经过压缩
探空系统插画 · 非型号照片 · 连线长度已压缩

气球

把仪器送往高空。

气球携带探空仪上升。随着外界气压降低,气球会逐渐膨胀,最终破裂。它不携带乘客。

它会长大多少?把气球与人放在同一比例下

NWS 气球释放时直径约 1.5 m,膨胀到约 6—8 m 时破裂。下图取 6 m 作比较;人的高度选为 1.7 m。[3]

相同比例的气球直径与人高比较 每50个图形单位为1米,释放气球直径75单位,膨胀气球直径300单位,人高85单位;底部标尺为1米。 1.5 m 1.7 m 6 m 释放时 示意人高 膨胀后的一个代表直径 1 m

统一长度比例,气球以圆形比较直径。形态和破裂条件随具体设备与环境变化。

03 / 中间层 MESOSPHERE

50—85 km · 示意范围

太阳落下后,
有些云仍留着光。

在约 80 公里的高空,
薄薄的冰晶,勾出另一种云。

夜光云常在高纬度夏季出现。地面已进入暮色时,高空的云仍可能被太阳照亮。它们并不是自己发光。[4]

从地面仰望暮色中银蓝色波纹状夜光云的艺术场景
从地面仰望夜光云 · 艺术场景,非观测记录

继续向上 约 85 km,进入热层。这个边界也会随大气状态变化。[1]

04 / 热层中的一道界线 THERMOSPHERE

85 km 起 · 旅程继续

蓝色渐渐退去,空气却没有突然结束。

100km

卡门线 / KÁRMÁN LINE

一条约定的线。
不是天空的尽头。

国际航空运动联合会以 100 公里标示太空边界。
这是一种划分约定,不是空气与真空之间的实体墙。[5]

NASA宇航员拍摄的地球大气侧影与远处月球,低处云层呈浅蓝色,高处渐入黑暗
换个角度,看这层空气。

NASA · ISS067-E-70919 · 2022 年 5 月 21 日
从 400 km 以上的轨道拍摄,并非在卡门线上。[6]

稀薄的大气仍延伸得很远。热层之上还有外逸层,地球的大气逐渐融入太空;100 km 和本旅程的终点,都不是大气的尽头。[1]

05 / 近地轨道 LOW EARTH ORBIT

约 400 km · 选定的旅程高度

来到国际空间站活动的高度附近。

离开地面,
引力依然在。

失重,并不是引力消失。
而是人和飞船一起,不断下落。

国际空间站通常运行在约 370—460 km 的高度,具体轨道会变化。在轨飞船和其中的人持续共同自由落体,形成我们熟悉的漂浮场景。[7][8]

NASA照片中的国际空间站,太阳能电池阵列展开,下方是地球弧线
国际空间站与地球 · NASA 资料照片

亲手试一试 / FALLING AROUND EARTH

把“向前”的速度,交给你。

从400公里高度出发的理想轨迹 圆形代表地球,点代表一个被放大的物体。改变横向速度并推进时间,观察物体落地或绕行。 地球 不是没有引力,而是在引力中绕行 起点 · 400 km 1,000 km 圆盘与轨道采用同一比例
点的大小经过放大 · 箭头指向地心

一直下落,却不断错过地面。

在这个理想圆轨道中,物体向前运动的同时被引力拉向地心,于是绕地球持续自由落体。

拖动,或使用方向键

从 400 km 高度出发

这个模型做了哪些简化?

这是球形地球引力下的二维计算:起点为地表上方 400 km,只改变初始横向速度;忽略空气阻力、地球自转、地形及其他天体。轨迹触及球形地表即停止。圆轨道速度约 7.67 km/s,计算周期约 92.4 分钟;不是飞行规划或空间站实时轨迹。地球半径和引力参数均可查证。[9]

向上之后,重新看见脚下

原来,我们一直
住在天空之中。

从一口可以呼吸的空气,到绕地球的轨道。
走得越远,越能看见这一层天空的珍贵。

前三区间为简化大气分层,后两项是旅程中的高度标记。滚动长度不与实际高度成比例。

回到地面,再抬一次头