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　　我們天天生活在大氣層中，大家有沒有想過，我們的大氣層到底有多厚呢？ 

　　我們會在教科書上或者其他有關的文獻上讀到大氣層的厚度約為1000千米左右，但是有的文獻又會說大氣層的厚度是2000到3000千米左右。那么孰是孰非呢？他們給出的厚度又是如何測量得到的呢？ 

　　另外，我們會在新聞里會聽到，某某航天器距離地球表面200-300千米高，已經成功進入了太空，為什么仍然在大氣層里的航天器卻算是進入了太空？下面我們來一探究竟。 

大氣層（圖片來自維基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth） 

　　按照溫度的變化規律，我們的大氣層一共分為五層，包括對流層，平流層，中間層，熱層，散逸層。我們先來說說不同高度的大氣層是如何測量的。由于測量不同高度的大氣層，需要人類或者飛行器能達到相應的高度，因此測量不同高度的大氣層和人類航空航天器的發展是緊密相連的。 

　　在18世紀發明熱氣球之前，通過爬山，科學家們發現大氣的溫度會隨著高度的上升一直減小，于是有的科學家就根據高度和溫度的關系計算出大氣層高度的極限是30KM，因為超過30KM大氣的溫度就會低于絕對零度，是不符合物理定理的。爬山所能上升的高度十分有限，最高也不過幾千米，因此在發明了熱氣球之后不久，就有科學家乘坐熱氣球去實際測量大氣的溫度，然后發現直到10km左右的高空大氣的溫度都是隨著高度的升高而降低的。10km以上的高空，氧氣過于稀薄，氣溫也十分低，在當時沒有任何的保護措施下，科學家已無法乘坐熱氣球前往更高的高度了。 

科學家用熱氣球進行高度和溫度的測量（圖片來自維基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_aviation_–_19th_century） 

　　到了20世紀初，探空氣球的發明給科學家們的科研活動提供了新的可能。1902年，法國和德國的科學家利用探空氣球幾乎同時發現，在超過10km的高空后不久，大氣的溫度并沒有一直降低，反而會有上升，這就是平流層的發現。 

　　平流層最高可達50km左右。20世紀初發明的探空氣球都不可能達到這么高的高度。因此關于更高氣層的研究一直無法進行。 

探空氣球會帶著一系列的探測儀器升空，然后在一定高度氣球爆炸后，探測儀器會隨著降落傘降落（圖片來自https://www.forbes.com/sites/marshallshepherd） 

　　直到二戰期間德國發明V2火箭之后，科學家們才在戰后有機會繼續借助基于V2火箭的高空火箭技術來研究平流層以上的中間層的大氣的性質。也就是在這個時候，科學家們發現在中間層，大氣層的溫度又會隨著高度的增加而減小，因此這一層是和平流層不同的大氣層。 

　　中間層的高度一直持續到80-90km左右，這個高度也就僅僅比V2火箭的最大飛行高度低一點，因此中間層后面的熱層以及散逸層的發現都是航空火箭和人造衛星之后的事了。因此大氣層的高度，或者說厚度其實是人類通過不同的航天器給出的測量數據來估算出來的。 

V2 火箭（圖片來自https://rarehistoricalphotos.com/v2-rocket-in-pictures/） 

　　總的來說根據不同高度溫度的變化，科學家把大氣層一共分為五層，包括對流層（0-10km左右），平流層（10-50km左右），中間層（50-85km左右），熱層（80-800km左右），散逸層（800-2000或者3000km左右）。 溫度在不同區域的變化示意圖如下圖所示： 

不同高度的大氣層的溫度變化以及相關天文現象（圖片來自http://baike.anymetre.com/） 　　  

　　一般飛機的巡航高度就在對流層和平流層的交界處附近，溫度比較低，但是如果再往高處飛的話，會進入平流層。由于平流層存在大量的臭氧，因此會吸收大量的紫外線輻射，溫度就會逐漸升高而不是下降。另外，不同層面的分界并不是很明顯，會受不同的經緯度的影響，因此給出的數值也是一個估計，不同文獻上也可能會有一些差別，但是總體不會差很多。因此說地球大氣層的厚度在1000-3000千米之間都是可以接受的。 

　　我們地球的大氣層外界并沒有一個明確的邊界，我們并不會在到達某個高度之后突然進入太空，大氣層的密度是隨著高度的增加而不斷減少，最后變得非常低，但不會是零。例如在100km的高大氣密度約為地面的200萬分之一，在200km的高空上大氣的密度就只有地面的百億分之一了，超過300千米之后，大氣的密度會低于地面密度的千億分之一。在超過300千米的高空當然也能檢測到大氣層，只是密度非常低，甚至在10000千米的高空也是能檢測到大氣分子的，只是在那個高度大氣分子和太陽風吹出的粒子已經融為一體很難區分了。 

　　因為大氣層的密度隨著高度的增加而減小，我們的大氣層的質量也并不是均勻分布的，它絕大部分質量都位于很低的高空。根據美國國家大氣研究中心的數據，我們大氣層的總質量約為 kg。這其中約有50%的大氣位于5.6km以下的高空，約有90%的大氣位于16km以下的高空，約有99.99997%的大氣位于100km以下的高空。因此處于100km的高空以上以后，大氣的密度大為減少，和太空幾乎沒有什么不同。實際上國際航空聯合會給出的太空和內層大氣空間的高度約為100km，這也就是著名的卡門線。任何超過卡門線的飛行器都可以認為是進入了太空，可以稱之為航天器。在低于卡門線的高空進行活動的飛行器，稱之為航空器。 

　　總之，我們可以看到，大氣層的厚度的確定并不是一蹴而就的，而是一個漸進的過程。這其實和大多數的科學研究是一樣的，要想取得大的研究成果，就必須不斷的學習前人積累的知識和經驗，然后才有可能最終在前人的基礎上更上一層樓。