文章来源：星球研究所
本文由嘉实基金特约制作
一直以来，人类并不满足于站在地表。
我们登上高山，极目远望、手摘星辰。
星空，拍摄于西藏阿里地区革吉县
摄影师
NoOne晓东
我们艳羡飞鸟，翱翔蓝天、俯瞰大地。
燕隼，拍摄于北京
摄影师
徐永春
甚至展开想象，幻想飞天的曼妙。
敦煌莫高窟第窟飞天壁画
摄影师
孙志*
但是，想要真正离开地表，冲出地球，就必须战胜一个强大的敌人。
它就是地心引力。
是它，传说中让苹果砸中了牛顿的脑袋，也让试图飞天的古人一次次地摔回地面。
就这样被束缚于地表的我们，真的会甘心吗？
01
离开地表
发明飞机的莱特兄弟（WrightBrothers），不会甘心。年12月17日，莱特兄弟的“飞行者一号”飞机进行了首秀。
3米是这次飞行的最大高度，仅仅相当于一层楼的高度。
莱特兄弟与“飞行者一号”飞机
图片来源
美国国会图书馆
火箭工程师罗伯特·戈达德（RobertGoddard），也不会甘心。他在年放飞了人类第一枚液体火箭。
56米是这枚火箭飞抵的高度。尽管也不算高，但这次飞行的意义非凡，因为这枚看起来简陋的火箭，可以摆脱空气的束缚获得动力，未来还将释放无限潜能。
罗伯特与第一枚液体火箭
图片来源
NASA
其实，早在飞机首飞的年前，人类就开始尝试摆脱地心引力。不过当时的主角还不是飞机和火箭，而是热气球。
年11月15日，法国科学家罗奇尔（JeanFrancoisPilatreDeRozier）和*官安兰蒂斯侯爵（MarquisdAnlandes）坐上刚刚发明不久的热气球，成功完成了历史上首次载人飞行。
两人在热气球上俯瞰欢呼的市民，画作印刷于19世纪
图片来源
美国国会图书馆
米是热气球首飞的高度。乘坐热气球，那些距离地面米以内的层云、层积云等低云族已经触手可及，一些接近地面的云层甚至被揽之脚下。
奥地利山区飞行的热气球
图片来源
视觉中国
仅仅过了半年，罗奇尔就用热气球刷新了自己的纪录。
米是这次飞行的高度，超出上次米，也超越了欧洲的大部分山峰，而且距离地面-米的高积云、高层云等中云族历历在目。
贡嘎山周围的高层云，贡嘎山的海拔米
摄影师
行影不离
但是，载人热气球飞行的高度，大多数仍处于大气层结构的最低层——对流层。继续向上，热气球就相当乏力了。
而对流层的高度还不足整个地球大气层的1/，其上还有约40千米高的平流层、约30千米高的中间层、约千米高的热成层，甚至可能高达上千千米的散逸层。
地球大气层结构受到气压、地形、纬度等多方面因素的影响，因此本文所涉及的大气层各个结构的高度均为参考值，下图为地球大气层垂直结构示意
制图
杨宁/星球研究所
既然热气球已经无法依赖，人们该如何飞向更高的天空呢？
02
高空翱翔
这个时候，轮到喷气式飞机登场了。
0米是人类首架喷气式民航飞机“哈维兰彗星”达到的最高高度。乘客们悠闲地坐在舱内，可以远眺或俯视飞机外的风景。
飞机外的风光
摄影师
陈肖
从此以后，人类的足迹超过了世界最高峰——珠穆朗玛峰，这意味着地球上所有的地貌都已被人类踩于脚下。
当然，环绕在人们周围的云朵，已经从低云族和中云族变成了卷云、卷积云、卷层云等高云族。它们分布的高度范围在距离地面-00米。
絮状卷积云，拍摄于宁夏贺兰山
摄影师
计云
地球上的绝大部分云族终于能够被曾经囿于地表的人类近距离观赏。
甚至可以看到云朵变成波浪，化成一个个的涟漪，宛如梵高笔下的星空。
波浪云，即开尔文-亥姆霍兹波，是一种比较罕见的大气现象
图片来源
视觉中国
那些传说中居于云层之上的诸神，正在失去他们独占的家园，一切“神秘感”都将烟消云散，因为云族已经完全暴露在人类的视野中。
云族的分类示意
制图
杨宁/星球研究所
这样的高度，也意味着人类已经突破对流层，进入平流层。
平流层是一个能见度极高的区域。与对流层相比，这里的水汽、悬浮固体颗粒、杂质等大幅减少，飞鸟也基本绝迹。
对流层的平均高度为11千米，热带地区为15-18千米，中纬度10-12千米，两级附近8-9千米。下图为夜间飞行的航班，高度约10千米
摄影师
陈肖
在其中约15-35千米的高度，还是臭氧主要分布的区域。虽然臭氧在大气中的含量较少，但却相当重要。它可以吸收太空中的紫外线，保护地球生物免受伤害。
同时，臭氧吸收太阳辐射，使得平流层顶部的温度升高，甚至可以与地面相近。于是便出现了顶部高温、底部低温的“上热下冷”现象，大气的上下对流基本消失，平流层因此得名。
年，南极上空的臭氧层空洞
图片来源
NASA，标注星球研究所
如今，现代商业客机的飞行高度一般都在平流层的底部附近。
而飞机的航迹，也会形成一种特殊的云——航迹云。正所谓“你在云层之上看风景，看风景的人也在看你”。
民航客机的航迹云
摄影师
杨云国
再往上，一个特殊的高度出现了。
米附近，超过两个珠穆朗玛峰的高度。在这个高度，随着大气压强变低，水的沸点降低至大概37℃。如果没有防护措施，体液会在短时间内沸腾，严重危害人类的生命安全。这便是阿姆斯特朗极限。
南极麦克默多站附近，图中彩色云团为贝母云，贝母云多发生在高纬度地区，距离地表15-25千米高度范围内，高度基本与阿姆斯特朗极限线相近
图片来源
wikimedia
