为什么陨石进入大气层后会因摩擦而燃烧，而炮弹、战斗机这些在空气中高速运行的物体不会。?
你这个问题很有意思，问到了高速物体在空气中遭遇不同命运的关键点。其实，陨石燃烧和炮弹、战斗机在空气中“安然无恙”，看似矛盾，实则背后是几个非常核心的物理原理在起作用，而且它们之间相互作用，形成了截然不同的结果。
咱们先来拆解一下，为啥陨石会变成“火球”。
陨石的“火浴”：不是摩擦，而是压缩生热和材料特性
首先要澄清一个常见的误解：陨石不是因为简单的“摩擦”而燃烧的。虽然空气阻力是存在的，但真正让陨石发光发热、甚至解体的主要原因，并不是“刮蹭”空气产生的热量。
想象一下，当一个速度快到难以置信的东西撞进空气时，它并没有时间“滑过”空气。它是在以极高的速度“推开”空气。这就像你猛地把手伸进水里，而不是慢慢地滑进去一样，水会被剧烈地挤压。
1. 绝热压缩效应（Adiabatic Compression）： 这是最主要的原因。当陨石以每秒几十公里的惊人速度（比如常见的每秒1172公里）冲入大气层时，它身前的空气来不及流动躲避，就被它以一种“挤压”的方式向两侧推开。这个过程发生得非常快，以至于空气没有足够的时间和外界进行热量交换，这在物理学上就叫做“绝热过程”。在绝热压缩下，气体的内能会显著增加，而内能的增加直接表现为温度的急剧升高。你可以想象一下自行车的打气筒，你快速压缩气筒里的空气时，打气筒的金属部分会变得烫手，这就是绝热压缩产生热量的直观体现。陨石身前的空气就被瞬间压缩到极高的温度，温度可以达到数千甚至上万摄氏度。
2. 表面蒸发和气化： 这些超高温的压缩空气会立刻包围住陨石表面，并对其进行强烈的加热。陨石本身虽然坚硬，但它的组成物质，比如铁、镍、硅酸盐等，在如此极端的温度下，会迅速被加热到熔点甚至沸点，开始蒸发、气化，甚至分解。这些气化的物质与周围的空气混合，加上高温本身就会发出可见光，所以我们就看到了流星的轨迹，一个燃烧发光的“火球”。
3. 冲击波和结构解体： 极高的速度不仅仅带来高温，还会产生强大的冲击波。当陨石高速穿过大气时，它身前的空气被瞬间推开，形成一个强大的冲击波前。这个冲击波的压力非常巨大，远远超过了陨石自身的结构强度。很多陨石还没来得及充分燃烧，就会被这股强大的气动压力和冲击波撕裂、粉碎成更小的碎片，这些碎片又会继续经历上述的加热和燃烧过程。这就是为什么我们经常能在陨石坠落地区发现很多大小不一的陨石碎片。
4. 陨石的材料特性： 并不是所有陨石都能看到绚丽的流星。成分相对均匀、熔点较高的铁陨石，在进入大气层时，可能表现得更“坚韧”一些，表面燃烧和气化相对较慢，有时甚至能以较大的块头撞击地面。而结构疏松、含有较多易挥发物质的石陨石，则更容易在大气层中发生剧烈燃烧和解体，产生明亮的流星。
炮弹和战斗机：为什么它们不“燃烧”？
好了，我们再来看看炮弹和战斗机，它们为什么就没有变成陨石那样的“火球”呢？这里面有几个关键的区别：
1. 速度级别差异巨大： 这是最根本的原因。
炮弹： 口径火炮发射的炮弹，初速大约在每秒几百米到一千米（比如7001000 m/s）。即使是先进的弹道导弹，速度也通常在几马赫（Mach），也就是音速的几倍，大概在每秒13公里。
战斗机： 现代战斗机最快能达到2马赫以上，也就是每秒约600700米左右，最快的甚至能接近3马赫（约1公里/秒）。
陨石： 如前所述，陨石进入大气层的速度是天文数字，通常在每秒11公里（约32马赫）以上，最高可以达到每秒72公里（约210马赫）。
这个速度差异，意味着炮弹和战斗机与空气“接触”时的情形完全不同。陨石是瞬间压缩空气，而炮弹和飞机只是相对快速地“穿过”空气。
2. 绝热压缩效应的强度： 如上所述，绝热压缩产生的温度与速度的平方（大致是这样理解的）成正比。速度差了十倍、几十倍甚至上百倍，那么空气被压缩产生的温度也就能差上几百倍、几千倍。炮弹和战斗机的速度，虽然也很快，但不足以将身前的空气压缩到足以熔化、气化其表面材料的程度。飞机在高速飞行时，前缘（比如机翼前缘）会因为空气阻力而产生一定程度的升温，这就是“空气动力加热”现象，有时在高速飞行器上会看到表面有微弱的发红，但这与陨石剧烈的燃烧是完全不在一个量级上的。
3. 材料和设计：
炮弹： 炮弹通常由钢或类似的金属制成，本身具有较高的熔点和强度，能够承受大气层中的冲击和一定程度的升温。炮弹的弹道设计也考虑了空气动力学，减少不必要的阻力。
战斗机： 战斗机是经过精心设计的，机身材料（如铝合金、钛合金、复合材料）能够承受高速飞行带来的热负荷。飞机的气动外形也是为了尽量减少空气阻力，并引导空气流动，避免局部过热。而且，战斗机不像陨石那样是“硬闯”大气层，它们是在设计好的飞行剖面内运行。
4. 空气动力学和表面处理：
炮弹和飞机： 它们的表面是光滑的，设计上也考虑了如何管理空气流动，尽量减少湍流和局部过热点。虽然有空气阻力，但产生的热量可以被飞散到周围空气中，或者被材料本身吸收和散发，不足以导致材料发生化学变化（燃烧）。
陨石： 陨石的表面形态千差万别，而且它们是直接撞入大气层，表面与被极端压缩的高温空气直接接触，发生剧烈的物理化学反应。
总结一下：
所以，陨石在大气层中燃烧，核心是它极高的速度导致了身前空气的剧烈绝热压缩，产生了足以熔化和气化陨石表面的超高温，再加上陨石自身的材料特性和结构强度限制，共同作用的结果。
而炮弹和战斗机，虽然速度也很快，但其速度等级与陨石相比“小巫见大巫”，不足以引发如此强烈的空气压缩升温。它们的设计和材料也能够承受其飞行速度带来的空气动力学效应，不会发生自燃。
简单说，一个是“被煮熟了”，一个是“温了温”。这其中的原理，就是速度带来的物理效应差异太大了。
咱们先来拆解一下，为啥陨石会变成“火球”。
陨石的“火浴”：不是摩擦，而是压缩生热和材料特性
首先要澄清一个常见的误解：陨石不是因为简单的“摩擦”而燃烧的。虽然空气阻力是存在的，但真正让陨石发光发热、甚至解体的主要原因，并不是“刮蹭”空气产生的热量。
想象一下，当一个速度快到难以置信的东西撞进空气时，它并没有时间“滑过”空气。它是在以极高的速度“推开”空气。这就像你猛地把手伸进水里，而不是慢慢地滑进去一样，水会被剧烈地挤压。
1. 绝热压缩效应（Adiabatic Compression）： 这是最主要的原因。当陨石以每秒几十公里的惊人速度（比如常见的每秒1172公里）冲入大气层时，它身前的空气来不及流动躲避，就被它以一种“挤压”的方式向两侧推开。这个过程发生得非常快，以至于空气没有足够的时间和外界进行热量交换，这在物理学上就叫做“绝热过程”。在绝热压缩下，气体的内能会显著增加，而内能的增加直接表现为温度的急剧升高。你可以想象一下自行车的打气筒，你快速压缩气筒里的空气时，打气筒的金属部分会变得烫手，这就是绝热压缩产生热量的直观体现。陨石身前的空气就被瞬间压缩到极高的温度，温度可以达到数千甚至上万摄氏度。
2. 表面蒸发和气化： 这些超高温的压缩空气会立刻包围住陨石表面，并对其进行强烈的加热。陨石本身虽然坚硬，但它的组成物质，比如铁、镍、硅酸盐等，在如此极端的温度下，会迅速被加热到熔点甚至沸点，开始蒸发、气化，甚至分解。这些气化的物质与周围的空气混合，加上高温本身就会发出可见光，所以我们就看到了流星的轨迹，一个燃烧发光的“火球”。
3. 冲击波和结构解体： 极高的速度不仅仅带来高温，还会产生强大的冲击波。当陨石高速穿过大气时，它身前的空气被瞬间推开，形成一个强大的冲击波前。这个冲击波的压力非常巨大，远远超过了陨石自身的结构强度。很多陨石还没来得及充分燃烧，就会被这股强大的气动压力和冲击波撕裂、粉碎成更小的碎片，这些碎片又会继续经历上述的加热和燃烧过程。这就是为什么我们经常能在陨石坠落地区发现很多大小不一的陨石碎片。
4. 陨石的材料特性： 并不是所有陨石都能看到绚丽的流星。成分相对均匀、熔点较高的铁陨石，在进入大气层时，可能表现得更“坚韧”一些，表面燃烧和气化相对较慢，有时甚至能以较大的块头撞击地面。而结构疏松、含有较多易挥发物质的石陨石，则更容易在大气层中发生剧烈燃烧和解体，产生明亮的流星。
炮弹和战斗机：为什么它们不“燃烧”？
好了，我们再来看看炮弹和战斗机，它们为什么就没有变成陨石那样的“火球”呢？这里面有几个关键的区别：
1. 速度级别差异巨大： 这是最根本的原因。
炮弹： 口径火炮发射的炮弹，初速大约在每秒几百米到一千米（比如7001000 m/s）。即使是先进的弹道导弹，速度也通常在几马赫（Mach），也就是音速的几倍，大概在每秒13公里。
战斗机： 现代战斗机最快能达到2马赫以上，也就是每秒约600700米左右，最快的甚至能接近3马赫（约1公里/秒）。
陨石： 如前所述，陨石进入大气层的速度是天文数字，通常在每秒11公里（约32马赫）以上，最高可以达到每秒72公里（约210马赫）。
这个速度差异，意味着炮弹和战斗机与空气“接触”时的情形完全不同。陨石是瞬间压缩空气，而炮弹和飞机只是相对快速地“穿过”空气。
2. 绝热压缩效应的强度： 如上所述，绝热压缩产生的温度与速度的平方（大致是这样理解的）成正比。速度差了十倍、几十倍甚至上百倍，那么空气被压缩产生的温度也就能差上几百倍、几千倍。炮弹和战斗机的速度，虽然也很快，但不足以将身前的空气压缩到足以熔化、气化其表面材料的程度。飞机在高速飞行时，前缘（比如机翼前缘）会因为空气阻力而产生一定程度的升温，这就是“空气动力加热”现象，有时在高速飞行器上会看到表面有微弱的发红，但这与陨石剧烈的燃烧是完全不在一个量级上的。
3. 材料和设计：
炮弹： 炮弹通常由钢或类似的金属制成，本身具有较高的熔点和强度，能够承受大气层中的冲击和一定程度的升温。炮弹的弹道设计也考虑了空气动力学，减少不必要的阻力。
战斗机： 战斗机是经过精心设计的，机身材料（如铝合金、钛合金、复合材料）能够承受高速飞行带来的热负荷。飞机的气动外形也是为了尽量减少空气阻力，并引导空气流动，避免局部过热。而且，战斗机不像陨石那样是“硬闯”大气层，它们是在设计好的飞行剖面内运行。
4. 空气动力学和表面处理：
炮弹和飞机： 它们的表面是光滑的，设计上也考虑了如何管理空气流动，尽量减少湍流和局部过热点。虽然有空气阻力，但产生的热量可以被飞散到周围空气中，或者被材料本身吸收和散发，不足以导致材料发生化学变化（燃烧）。
陨石： 陨石的表面形态千差万别，而且它们是直接撞入大气层，表面与被极端压缩的高温空气直接接触，发生剧烈的物理化学反应。
总结一下：
所以，陨石在大气层中燃烧，核心是它极高的速度导致了身前空气的剧烈绝热压缩，产生了足以熔化和气化陨石表面的超高温，再加上陨石自身的材料特性和结构强度限制，共同作用的结果。
而炮弹和战斗机，虽然速度也很快，但其速度等级与陨石相比“小巫见大巫”，不足以引发如此强烈的空气压缩升温。它们的设计和材料也能够承受其飞行速度带来的空气动力学效应，不会发生自燃。
简单说，一个是“被煮熟了”，一个是“温了温”。这其中的原理，就是速度带来的物理效应差异太大了。
网友意见
1形状够好，陨石流星那啥形状都有……
2还不够快，虽然这个蹭出的温度已经够现代的红外导弹工作了。
X-15高速试验机的机头温度能有1200+℉，尽管形状很好……
另外，去搜一下神舟返回舱的照片，那也是够快的……
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