一张纸从太空飘落回地球时会发生什么？
这似乎是一个很容易回答的问题，我原计划用一个小时的时间解答它。但是当我真正开始动手写这篇文章时，却发现它并不简单，知道吗？为了讲清楚这张纸的太空回归之旅我足足花了两天时间。
文章插图
飘落的纸
A4纸的飘落
你手头有A4纸吗？没错，就是我们最常见的那种复印纸。找一张平整的纸，站起举高再松手，你会看到它翩然下落，纸落到地面时很轻，只会发出很小的摩擦声音。
我不建议你用手机做这个实验，除非你站在厚厚的床垫上。
文章插图
不要拿手机来试，你会后悔的
为什么会这样？
我们知道地面上所有物体都受到地球引力影响，在失去支撑时会向下坠落，并且它的重力加速度与物体的质量没有关系。也就是说一张4.4克重的A4纸与一部200克的手机受到的重力加速度是相同的，之所以它们落到地面的速度差异很大，是因为纸受到的空气阻力对它下落的速度影响更大。
现在你已经知道，由于纸本身既轻又薄，受空气阻力的影响，它的下落速度很慢，即便是你将其从10000米的高空扔下，它也只会摇摇摆摆缓慢地往下飘，一直飘落到地面。
那么问题来了：地球大气层的上方空气非常稀薄，三、四百公里的太空几乎没有空气，如果从这样的高度往下扔一张普通A4纸会怎么样？它还会慢慢飘到地面吗？
大气层的边缘在哪里？
与其它许多行星一样，在地球的周围包裹着一层大气层，对于大气层的厚度却有许多不同的说法。有说大气层厚度为100千米的，有的说它的厚度为10000千米，最新的研究结果证明地球的大气层延伸到了60万千米的高空，也就是说月球实际上是在地球的大气中穿行。
文章插图
地球的大气层
由于气体分子本身有质量，它们互相之间又因电荷力而互相排斥，受地球引力的影响，越靠近地面的空气密度越大，越往上空气越稀薄。在距离海平面100千米的高空，空气的密度仅有海平面的220万分之一。在这个高度，飞机要想依靠机翼来获得升力，它就需要达到一个非常快的向前的速度，而在这个速度下它即使不需要机翼也能通过离心运动保持飞行高度。换句话说，飞机的翅膀变得多余。于是我们将100千米的高度定义为大气层与太空的边界，这就是“卡门线”。
卡门线并不是一条有形的线，也不是一个严格意义的面或者一堵“空气墙”。与我们常见的水面不同，事实上从90千米到110千米高度，空气密度的变化并不大，这是一个平滑过渡的区域。了解这一点非常重要，因为几乎所有的卫星都在卡门线以上飞行，它是一国领空最上方的边界，它也决定了本文中这张A4纸的命运。
文章插图
从太空扔纸
纸的自由落体运动
自由落体运动的前提是重力和真空环境，在卡门线上方的空间里尽管依然存在空气，由于空气实在过于稀薄，它对物体运动阻力十分轻微，以至于在落体运动中我们常常忽略不计。
所以说，当我们在距离地面大约400千米（国际空间站轨道高度）向下扔一张A4纸，并且假设它的横向初始速度为零时，纸会开始向下做自由落体运动。之所以做这个假设，是因为当你真的从国际空间站上向外扔任何东西，它都会与空间站一起以每小时27600千米的速度绕地球飞行，它每个月只会下落2千米，这意味着纸很难落回地面。近地轨道上许多太空垃圾就是这样的情况。
文章插图
太空垃圾会很长时间保持轨道高度
由于受空气阻力非常小，纸的下落速度会越来越快，当它接近卡门线时，其向下的速度已经达到2000米/秒。
聪明的朋友可能立刻想到，由于接下来剧烈的空气摩擦，高速下落的纸会很快烧毁！
果真如此吗？
我们在前边已经提到了，卡门线其实是一个非常平滑的过渡带，在长达几十千米的落差里，空气阻力是一点一点缓慢增加的，也就是说我们的复印纸有机会一点一点地减速，它不会像其它的卫星残骸那样因摩擦加热到2000℃，然后在黑障区变成一个火球。
文章插图
太空垃圾会在大气层中烧毁
推荐阅读
- 中国经济网 航天工程董事长唐国宏辞职 姜从斌接棒
- 开心麻花 沈腾：从“主演”沦为“客串”，醉心综艺的他
- 最新消息 象群走出昆明密林在田间踩踏：现场可见有9头 正从山坳里引出
- 日不落酒店 沈腾：从“主演”沦为“客串”，醉心综艺的他，总算是有觉悟了
- 办公室 得知礼物不慎送错人时，杨紫下意识反应太好笑，原来还有这种操作
- 火星车 祝融号一张高清图要传半个月，通信能力却是世界领先，这是为何？
- 经济参考报 跨境电商应从“挣快钱”转向精品战略
- 图片 色盲测试：第一张是飞机，最后一张的图案，“马虎”的人认不出！
- 中国卫星 凌晨传来好消息！
- 为啥从电影院出来感觉那么累