本文专家:王铮,中国科学院国家空间科学中心
小时候,每到寒暑假,总会有那么几部经典好剧重播,其中就包括老少皆宜的《西游记》。
平流层位于离地表10公里至50公里的高度。平流层亦称同温层,是地球大气层里上热下冷的一层,此层被分成不同的温度层。当中高温层置于顶部,而低温层置于低部。它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反,对流层是上冷下热。
民航飞机为何不飞平流层,一心取经的唐僧、聪明顽劣的孙悟空、贪吃懒做的猪八戒、憨厚忠心的沙僧……师徒四人的形象成为被大家铭记。
《西游记》中,还有个大家耳熟能详的角色,便是玉皇大帝。众所周知,剧中的玉皇大帝住在九重天上,云雾缭绕的“天庭”,勾起了很多人的好奇心。还有说飞哪就飞哪的众路神仙,着实令人羡慕。
大家都知道玉皇大帝住在天上,却没有人知道具体居住在什么位置?平流层还是对流层?为什么中国的神仙横着飞?白素贞为什么飞行时一只手放前面?
今天就来严谨的探究下这个问题。
玉皇大帝住在平流层还是对流层?
相传玉皇大帝的凌霄宝殿在第32层的“太极濛翳贾奕天”,但是并没有介绍对应的高度。这里究竟处在平流层还是对流层呢?
首先,我们来看看地球大气按照温度的垂直分层。
所谓的“天空”主要是对地球周围大气(其中是“空气”)的范围的描述。依照大气的性质不同,分为各种各样的层。其中,最为熟悉的是按温度分层:
1对流层
从地面向上大约1万米(10千米)高度以下,由于主要被地面加热,大气越往高处温度越低。这里受太阳光照射,在不同区域有气温变化,从而造成垂直方向和水平方向的风,即空气对流,所以叫对流层。
对流层集中了大气约75%的质量,特别是90%以上的水汽,风雨雷电都来自这里。
2平流层
从大约10千米到几十千米的高度区,有很多空气成分如臭氧,可以吸收太阳光当中波长较短的部分,如紫外线等,所以这里高度越升高,温度也越高。这里的气流非常稳定,被称为“平流层”,飞机也主要在平流层飞行。
3中间层
大约50-90千米(具体数据随季节、时间、地理位置变化)的区域叫“中间层”,这里再次出现了下面热、上面冷的状态。
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4热层
接下来,我们再分析“凌霄宝殿”所处的位置。
霄,在《后汉书》中解释为“霄,云也”。《汉书·杨雄传》“霄,日旁气”。“凌”有在其之上的意思,也有逼近的意思,凌霄宝殿应该在云的上方。《西游记》中写到:“初登上界,乍入天堂。金光万道滚红霓,瑞气千条喷紫雾。”也就是说,在凌霄宝殿是可以看到云霓的。
云多数高度在数千米,处于平流层以下,对于比平流层更高的中间层,距离云层显得太远。因此,凌霄宝殿位于平流层的可能性更大。
《淮南子·地形训》(西汉著作):“其高万一千里百一十四步二尺六寸”,书中称天庭高度应该是昆仑山之高乘以8。
秦汉时的一里约为现在的415.8米,估算下来9万里的高度大约是35-36千米,显然是平流层的高度范围。
所以,玉皇大帝住在平流层中的可能性极大。
为什么国内外的神仙飞行方式不同?
此外,大家会发现,看中外影视剧里神仙们的“交通方式”并不相同,中国影视剧里的神仙都是竖着飞的,而外国影视剧中的超人横着飞。
10至20千米 平流层 20至50千米 中间层 50至85千米 暖 层 100至800千米 对流层在大气层的最低层,紧靠地球表面,其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大,云、雾、雨等现象都发生在这一层内,水蒸气也。
通过上面的分析得出,《西游记》里的中国神仙在平流层居住和工作的可能性极大,平流层的空气主要呈平稳的水平运动,垂直运动非常微弱,水平飞行不易颠簸,可以优雅地站住飞行。
当进入高度较低的对流层时,属于垂直运动,顺气流而飞,大部分不需要改变竖着飞的姿势。
而外国的超人大部分飞行时间(特别是起飞和降落)都在对流层,趴着水平飞行、伸出拳头可以减轻空气阻力,更能抵抗气流颠簸,就像超低空飞行的那些飞机一样。与之相似的,还有住在人间的白素贞。
说到这里,很多小伙伴脑海中浮现出白素贞的飞行姿势。下面满足你的好奇心,继续解答。
白素贞飞行时为什么一只手放前面?
看到《新白娘子传奇》的人都知道,白素贞优雅的飞行姿势:一只手向前、一只手平举。
在中纬度地区,平流层位于离地表10公里至50公里的高度,而在极地,此层则始于离地表8公里左右(低压失重环境下,氧原子扩散吸热)。同温层含有臭氧,具有吸收紫外线功能,保护地球上所有生物的生存和地表免于受阳光中强烈的紫。
她的这种姿势也证明了对流层中的气流强,飞行难以平稳。有人开玩笑说,她的胳膊连同她向两侧伸开的发髻,都起到类似飞机的水平尾翼的安定作用。
飞机起飞时主要依靠机翼来产生升力,但是机翼的升力中心往往与飞机的重心不重合,这就会使飞机上仰或下俯,与之相似的,左右转向时由于气流给飞机的力也不平稳,所以飞机要用尾翼(既有好像鲨鱼鳍一样垂直的翼,也有好像一对小翅膀的水平的翼)来帮助调节平衡。
水平伸开的胳膊以及她头部的发髻,类似于多个水平调节的翼:水平的胳膊和头部向上抬时,上部的空气流速减慢,下部的空气流速加快,产生一个附加向下的力,使局部上仰,调节飞行姿势。反之,水平的胳膊和头部下垂时,使局部下俯。有了这些精细调节,飞起来就更得心应手了。