我的敵人是地心引力
文 | 星球研究所
人類自誕生以來
就對自身被侷限於地表之上頗為不滿
我們爬樹、登山，以求居高望遠
我們羨慕飛鳥、諸神，可以俯瞰眾生
如果我們想要真正脫離地表
就必須擊敗一個強大的敵人
地心引力
（標準稱謂應是“地球引力”，現代物理學認為其源於地球質量對時空的彎曲，下圖為示意；圖片源自@universetoday.com）
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它是將人類束縛在地表的根本力量
既可以讓蘋果砸中牛頓的腦袋
（雖然劍橋大學還有這顆蘋果樹的後裔，不過牛頓因此發現萬有引力的故事並不可信）
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也可以輕易將試圖飛上天空的古人
重重地摔回地面
（西方航天界認為中國明代官員Wan Hoo曾試圖用爆竹將自己送上天空，卻不幸被炸身亡，因此月球上的一座環形山被命名為Wan Hoo，不過此事並無中文史料佐證，因此我們不予採信；下圖為希臘神話中的伊卡洛斯，他將鳥類羽毛粘到身上來飛翔，卻最終摔死，由1906年法國畫家Edmund J Sullivan繪製）
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Ⅰ
人類所有的嘗試無不以失敗告終
直到公元1783年11月15日
法國科學家羅奇爾（Jean Francois Pilatre De Rozier）
和軍官安蘭蒂斯侯爵（Marquis d'Anlandes）
坐上剛剛發明不久的熱氣球
成功完成歷史上首次載人飛行
人類擺脫地心引力束縛的偉大進程才真正開始
他們在巴黎上空一邊俯瞰大地
一邊接受市民的陣陣歡呼
（兩人在熱氣球上俯瞰歡呼的市民，畫作印刷於19世紀，藏於美國國會圖書館）
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這次飛行共持續25分鐘、里程達9公里
飛行高度最高達到
1000米
在這個高度
距離地面2000米以內的
雨層雲、層積雲等低雲族已經觸手可及
一些接近地面的層雲甚至被覽之腳下
（瑞士古斯塔德的低雲，攝影師@Bob Martin）
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僅僅半年後
羅奇爾再次用熱氣球刷新紀錄
將高度提升到了約
4000米
歐洲的大部分山峰都已在這個高度之下
距離地面2000米-6000米的
高積雲、高層雲等中雲族歷歷在目
（一種高積雲，一朵一朵飄浮空中；攝影師@Marcin Kocybik）
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又過了大約80年
1862年9月5日
兩個英國冒險家同樣採用熱氣球升空
將高度紀錄提升到了
11887米
兩人對高空中愈發稀薄的氧氣沒有充足準備
其中一人甚至一度昏死
但是他們卻創造了一個新的歷史
這個高度比珠峰還要高出3000米
人類首次躍升至地球表面所有固態地貌之上
低雲族、中雲族統統從腳下流過
距離地面6000米-12000米之間的
捲雲、卷積雲、卷層雲等高雲族在高空與人類對望
（2008年非洲上空的直展雲，一種特殊的雲，雲底位於低雲族，雲頂直達高雲族，並向四周展開如平面；圖片源自@NASA）
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至此
地球上的絕大部分雲族
都可以被曾經囿於地表的人類近距離觀賞
那些以雲或高山為居所的諸神
正在失去被他們獨佔的家園
一切“神祕感”都將煙消雲散
（雲族的分類及對應高度圖，注意不同地區不同溫度條件下的雲族對應高度並非完全如圖所示；圖片源自@世界氣象組織，星球研究所增加中文標註；）
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Ⅱ
雲族已經完全暴露在人類的視野
但我們擺脫地心引力束縛的進程還任重道遠
雲族大部分都處於大氣層中最低的一層
對流層
高度佔整個地球大氣層不足1/200
之上還有約40公里高的平流層
約50公里高的中間層
約500公里高的熱成層
以及可能高達上千公里的散逸層
我們今日時常乘坐的民航飛機
一般也只是在對流層頂部或平流層底部飛行
（大致按實際比例製作的地球大氣層垂直結構圖；圖片源自@KrAtul/維基百科，星球研究所修訂）
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1931年5月27日
瑞士物理學家Auguste Piccard和同伴
為了測量宇宙射線
將他們的熱氣球升至
15787米
在簡陋的防護裝備之下
這次行動顯得相當冒險
但冒險卻讓他們成為率先進入平流層的人類
平流層是一個能見度極高的區域
水汽、懸浮固體顆粒、雜質等比對流層少了太多
飛鳥也已經基本絕跡
（澳門上空，雲層之上為平流層，淡淡的新月正在大氣層上方升起；圖片源自@NASA）
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地球的曲線在太空中也變得清晰可見
（菲律賓以東洋麵上方，雲層上方為透明的平流層，遠處淡藍色為大氣層某一層的邊界；圖片源自@NASA）
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平流層還有一個重要作用
這裡是臭氧分佈的主要區域
臭氧吸收從太空來的紫外線
可以保護地球上的生物免受侵襲
同時
因為大量太陽輻射被臭氧吸收
平流層的頂部氣溫甚至可以與地面相近
高溫層在頂部，低溫層在底部
上熱下冷，大氣的上下對流基本消失了
穩定的大氣讓平流層因此得名
（著名的臭氧層破洞，位於南極洲上方，2006年達到面積最大；圖片源自@NASA）
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再往上突破地心引力
人類就必須用到更先進的技術了
20世紀中葉
美國開始試驗一種新型飛機
X-15
這是一個高超音速（hypersonic）飛行器
它以火箭為動力
時速超過7000公里
相當於現今民航飛機的10倍速度
（圖中大飛機為其母船B-52，下方懸掛的黑色飛機即為X-15；遠處為伴飛的T-38教練機；圖片源自@聖地亞哥航空航天博物館）
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1962年7月17日
美國飛行員羅伯特·懷特（Robert Michael White）
駕駛X-15飛昇至距離地面
96公里
這個高度位於中間層
眼前的景象讓他不禁驚歎
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“The Earth is really round”
“地球真的是圓的”
（下圖可以看到下方黑色的地平線更有曲線了；最上方藍色發光的雲彩為北半球上空的極地中氣層雲，又名“夜光雲”，位於中間層，是目前已知最高的雲；拍攝於2012年6月13日；源自@NASA）
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中間層最具代表性的景象便是
流星
當流星體進入中間層與氣態粒子相撞
產生大量的熱力
使得流星在到達地表前就被燃燒殆盡
於是天空中便會發出我們肉眼可見的光芒
（2011年8月13日國際空間站拍攝到的流星，在中間層劃出一道光芒；此處位於中國西部上空；圖片源自@NASA）
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Ⅲ
但是羅伯特·懷特和他的X-15
卻並非第一個到達中間層的人類和載人飛行器
因為人類歷史上最瘋狂的太空競賽開始了
宇宙飛船直接超越飛機
成為人類擺脫地心引力的最大利器
一年前的1961年4月12日
蘇聯宇航員尤里·加加林乘坐東方一號飛船
直接穿過中間層
到達更外側的熱成層
最遠處距離地球表面達
315公里
第一個到達中間層的人
第一個到達熱成層的人
第一個進入外太空的人
全由加加林一人包攬
（國際航空聯合會將距離地表100公里之外定義為外太空，因此東方一號到達的位置既是熱成層也是外太空；1961年被華沙人民熱烈歡迎的加加林）
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此後越來越多的人類和載人航天器
開始到達熱成層
航天飛機、國際空間站、人造衛星
大部分都位於該層
（2011年奮進號航天飛機穿越大氣層的畫面，圖片源自@NASA）
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被無數人追逐的極光
則是熱成層的代表性景觀
（2015年在阿拉斯加發射的火箭與極光同時出現，圖片源自@NASA/Jamie Adkins）
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在這樣的高度
整個大氣層的結構都可以被清楚地觀察到
（下圖為位於熱成層軌道的奮進號，左下方為地表，橙色為對流層、白色為平流層、藍色為中間層、右上方黑色為熱成層；圖片源自@NASA）
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地球表面的景象更是讓“地表人類”無法想像
人類完全獲得了上帝的視角
從河流
（俄羅斯的勒拿河三角洲，圖片源自@NASA）
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到山脈
（喜馬拉雅山脈的假彩色照片，圖片源自@NASA）
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從火山
（巴布亞新幾內亞的一處火山，圖片源自@NASA）
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到冰川
（阿拉斯加的Susitna冰川，圖片源自@NASA）
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Ⅳ
現在
人類距離真正擺脫地心引力的束縛
還有最後一步
1968年12月21日
阿波羅8號載著3名宇航員
從近地軌道加速到10公里/秒
這是一個可以脫離地球引力、奔向星際空間的速度
即第二宇宙速度
宇航員們在途中拍攝了
歷史上第一幅地球的完整照片
（1968年阿波羅8號拍攝，拍攝點距離地球約3萬公里，圖片源自@NASA）
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69個小時後
他們到達了38萬公里外的月球軌道
人類第一次徹底擊敗了地心引力
從此地表人類進化為星際人類
地表，再見了
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... The End ...
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