《中國機長》跟真空有什么關系?
最近大火的電影《中國機長》取材于一個真實故事:2018 年 5 月 14 日,川航 3U8633 航班在 9800 米高空,駕駛艙右側風擋玻璃破損脫落。座艙釋壓,氧氣供應緊迫,稍不留神,9 名機組人員與 119 名乘客都要粉身碎骨。世界級險情面前,機組成員臨危不亂,果斷緊急下降,并最終令飛機安全備降,乘客無一傷亡。
飛機為什么要飛這么高
地球周圍的大氣層在垂直方向上可以分為對流層、平流層、中間層、熱層和外層。其中對流層是最低的一層,和人類的關系最為密切。而大中型飛機除起飛和降落外,多是在平流層中飛行。這主要是因為:平流層中大氣垂直運動很少,以平流運動為主,飛機在其中受力比較穩定,乘坐比較舒適,飛機也更安全;平流層水汽和塵埃含量少,能見度很高,飛機飛行對地面的噪聲污染相對較小;飛鳥飛行的高度一般達不到平流層,可以避免機鳥相撞的事故。另外,高空中的氣壓比較低,同樣的速度空氣阻力就更小,這樣飛機飛行的時候就更省油。
為什么海拔高的地方氣壓低
氣體的壓強是大量氣體分子頻繁地碰撞而產生的,大氣中空氣分子的頻繁碰撞便產生了氣壓。氣壓的大小一般隨高度升高按指數遞減,這是因為地球的引力使得大氣聚集在地面周圍,離地越近,引力越強,聚集的氣體也就越多, 因此氣體的壓強越大;而離地遠的時候,引力相對較弱,氣體也就沒有那么密集,壓強也就小了。對于同一個地點,海拔越低,氣壓就越高。在海拔不高的地面上,大氣壓強基本上是一個大氣壓;在低于海平面的地方(如很深的礦井),氣壓甚至會高于一個大氣壓;隨著海拔越來越高,空氣越來越稀薄,氣壓也隨著越來越低。
萬米高空的氣壓相當于多高的真空度
物理學上對真空的定義是低于一個大氣壓的氣體狀態。民航客機巡航高度一般為 1 萬米上下,該海拔高度的大氣壓力大大低于海平面大氣壓 1013 mbar,所以相對于海平面附近的大氣壓,該高度的大氣屬于真空狀態。
從下面表格可以知道,萬米高空的大氣壓力約為 264 mbar,其真空度可以表述為絕壓 264 mbar,或者相對于標準大氣壓為負 749 mbar,也可以說這個高度的真空度為 74%。
人體暴露在這個真空度下會有什么問題
由于高空中溫度很低,并且飛機速度很快,飛行員會面臨凍傷的問題(想象一下,零下40度幾百公里的時速,穿短袖飆敞篷車)。當然,凍傷需要一定的時間,而突然暴露在真空中所帶來的傷害則會來得非常快。
首先,機倉突然釋壓會產生爆炸減壓效應(類似爆米花),機艙內部的人和物體會突然被吸出艙外;其次,機上人員突然暴露在 264 mbar真空中會造成瞬間缺氧,如果不能及時戴上氧氣面罩,將很快失去意識;另外,壓力的突然變化還會造成身體腫脹,就像全身被拔了個火罐,嚴重的還會造成鼓膜破裂而失去聽力。