流星雨，一直是宇宙中浪漫而神秘的存在，許多人都期待著親眼目睹流星劃破天際的美景。一般到了年底，能觀測到的流星雨還有很多，比如11月份的獵戶座流星雨，以及12月份的雙子座流星雨等等。

大家在觀賞這些流星雨的時候有沒有想過一個問題：流星為什么會發(fā)熱、發(fā)光呢？

(相關(guān)資料圖)

美麗迷人的流星雨（圖片來源：veer圖庫）

很多人可能以為，流星的光是由于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，隕石在進入大氣層后所產(chǎn)生的熱量大部分都是由于空氣的壓縮而產(chǎn)生的，摩擦空氣產(chǎn)生的熱量只是很小的一部分。隕石壓縮空氣產(chǎn)生的熱量最終使隕石燃燒發(fā)光，形成曇花一現(xiàn)的流星，大多數(shù)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。

隕石在進入大氣層后，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，然后點燃了隕石，從而使隕石發(fā)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凄美“絕唱”，而不是摩擦空氣。

隕石進入大氣層后，最先燃燒的是隕石前端空氣被壓縮最厲害的部分（圖片來源：https://sputniknews.com/science/201804291064008986-five-asteroids-heading-past-earth-today/）

壓縮空氣為什么會產(chǎn)生大量的熱量呢？這其實和能量守恒定律有關(guān)系。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(jù)能量守恒定律，對氣體壓縮所做的功會轉(zhuǎn)為氣體的內(nèi)能，進而表現(xiàn)為氣體溫度的升高。

這種現(xiàn)象在日常生活中很常見，例如我們用打氣筒給輪胎打氣，由于我們在壓縮氣體做功，打氣筒內(nèi)的空氣溫度會升高，因而打氣筒會發(fā)熱。同理，由于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，在這么高的溫度下，大多數(shù)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(shù)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里見到的隕石了。這種隕石一般都十分稀少，是十分寶貴的科學研究材料。

對于各種人造航天器（包括人造衛(wèi)星、載人飛船，甚至是空間站等）返回大氣層時發(fā)光發(fā)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。這里我們就用載人飛船的返回艙來舉例說明。載人飛船返回艙的形狀一般都如下所示：

阿波羅登月飛船的返回艙（圖片來源：http://www.pinsdaddy.com/apollo-command-module-model_3Zsivj3AOYNXNR0BgInRlmH9JmWQBRPkGA8FmDvWHbQ/）

或者是這樣的：

神舟十號載人飛船返回艙（圖片來源：人民圖片網(wǎng)，方陽攝）

盡管在細節(jié)上可能有所不同，但它們的樣子都是大同小異——上小下大，并且下面是一個很鈍的平面。這樣的鈍形平面能保證被壓縮的空氣產(chǎn)生的熱量主要集中于航天器鈍形一面，而不會流失到航天器后面，從而有效的保護后面的航天員或者其他科學設備。因此，現(xiàn)在任何的載人航天器的返回艙都被設計成鈍形的。在返回艙返回大氣層時，它的受熱情況大概如下所示：

返回艙壓縮空氣示意圖（圖片來源：https://www.quora.com/Why-does-a-spacecraft-heat-up-during-reentry）

可以看出，它的熱量主要集中在前部，因而處于后面的航天員就得到了有效的保護。當然在返回艙進入大氣層后會和大氣層產(chǎn)生摩擦，肯定也會產(chǎn)生一部分熱量，但是這部分熱量和壓縮空氣所產(chǎn)生的熱量相比是微不足道的。另外，載人飛船的返回艙的外殼是由防火耐高溫的材料制作的，因此不會像隕石那樣燃燒起來，但是高溫還是會把返回艙的外殼烤焦。

如下圖所示的我國神舟號載人飛船的返回艙，大家可以和上圖進入太空前的返回艙對比一下，就會發(fā)現(xiàn)這個是被“烤焦”了的返回艙。

返回地球后的神舟號返回艙（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/Shenzhou）

對于其他的一些不耐燃的航天器，盡管形狀和返回艙不一樣，但是原理幾乎都是一樣的。進入大氣層后，經(jīng)過一段時間，由于壓縮空氣產(chǎn)生的高溫，整個航天器都會燃燒起來。例如前蘇聯(lián)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，為什么航天器在離開地球時不會發(fā)熱？原理其實很簡單，因為各種航天器（包括載人飛船，空間站，衛(wèi)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(chǎn)生的熱量相對來說又很小，因此火箭在離開地球時并不會經(jīng)歷很高的溫度考驗。

長征系列火箭，可以看出火箭都有尖尖的頭部，目的之一就是為了更好的排開運動方向的空氣，減少阻力（圖片來源：http://calt.spacechina.com/n482/n498/index.html）

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(fā)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(jīng)給我們提供了——大氣層——這么好的免費“剎車器”，為什么不去用呢？

標簽： 壓縮空氣 載人飛船 空氣溫度