无论是中国的天宫空站，还是超期服役的国际空站，它们距离地面的高度都只有400公里。

不仅仅是空站，很多人造飞行器也是如此，只要绕着地球转，轨道高度都是有限的。

理论上，人类可以在地球引力范围内的任意高度飞行，但世界上的人类不能。

是什么神秘的力量将航天器的飞行高度限制在一定范围内？为什么我们不能飞得更高？

国际空站

400公里的极限

空为什么空间站飞行高度只有400公里？这得从地球磁场和范艾伦辐射带说起。

我们能在地球上生存多亏了地球上的两样东西，一个是大气，一个是磁场，缺一不可。

指南针利用地球磁场，因为我们的地球是一块大磁铁。

地球的磁场来自地球内部的地核——地核。我们的地球是“铁石心肠”，越往深处走，物质密度就越大。

地球的内部

在地核，温度达到4000-6000℃，与太阳表面的温度相差无几。

为什么地心这么热？因为人类无法深入地心，只能猜测它的形成。

整个太阳系都是由星云演化而来，在星云中氢原子最丰富。毫不夸张地说太阳系是由氢原子聚合而成的。

但是氢原子的聚合反应也是温和的，从氢开始，按照化学周期表顺序形成，到达铁原子后，自然发生的核聚变也就告一段落。

地核是地球上最热的地方。

起初，地球也是由大量星云物质组成的。除了部分物质被自身吸引外，大部分物质都是原星云聚合的产物。

所以地核是由大量的铁、钴、镍组成的，这和我们常说的磁铁的含量不谋而合。

地核正在进行聚变和裂变反应，磁能是其产生的能量之一。如果有一天地核冷却下来，地球磁场强度会减弱。

要说太阳系最大的核反应堆，地核什么都不是，太阳才是。

太阳是一个巨大的核反应堆。

我们看到的阳光只是其中最温柔的一部分。真正的太阳是残酷的。它每分钟都会向宇宙发射高能粒子束。它们是太阳辐射的主要来源。

这些高能粒子束还有一个名字“太阳风暴”，因为能量巨大如风暴入侵。

看看火星表面就知道太阳风暴的可怕了。上面的红色土壤来自太阳风暴轰击的火星岩石，岩石被磨成土壤。

太阳的表面

这些粒子是带电的，所以遇到磁场会偏转。当太阳风暴进入地球磁场时，它们会发生偏转，不会直接到达地球表面。

大地躲过了风暴，大地万物一片祥和。

这些粒子被偏转后，并没有立即离开地球，而是在地球周围形成了一个粒子带。因为是科学家詹姆斯·范艾伦发现的，所以被称为范艾伦辐射带。

这个粒子带也是分层的，一共三层。离地球最近的辐射带在1500到5000公里的Tai空。

磁场抵抗太阳风暴。

辐射带充满了太阳风暴粒子。如果人类的飞行器进入，就会受到这些粒子的轰击，信号也不会传回地球。

范艾伦辐射带不是一个固定值，但会发生变化。NASA曾经探测到最里面的辐射带距离地球只有650公里。

第三辐射带会被外来粒子破坏，只存在4周。

范艾伦辐射带

除了太阳的粒子束，地球还要承受太阳系以外的辐射，比如伽马射线，地球磁场也是一个个溶解。

空站必须时刻与地面保持联系，不可能飞入范艾伦辐射带。出于安全考虑，其飞行高度被限制在400km。

其实不光是空站，除了专门研究范艾伦辐射带的飞行器，其他卫星都要控制在400公里以内。

所以可以看出地球所处的宇宙环境相当恶劣，几乎被辐射包围。

没有磁场，生命也能生存。

变化磁场

但是，地球磁场也会变化，而且不是固定的大磁铁。

地球磁场的变化主要体现在两个方面。第一是磁场的强弱，第二是磁极的位置。

首先，我们来看看磁场的强度。一般地磁场的强度为0.5至0.6高斯，但在地球的某些地区，强度会低于或高于这个范围。

地球磁场

主要原因是地核不一定是均匀的，地磁强度也与地壳表面的地形有关。

地磁强度最强的地方一定是在高纬度地区，在那里你还可以看到太阳高能粒子束组成的极光。

在非洲和南美洲之间，有一个地磁场较弱的区域，称为南大西洋异常区。

根据大航海时代的文字记载，科学家在同一地点恢复了磁场变化，发现南大西洋异常区的地磁场在160年间在减弱。

南大西洋异常区

不仅仅是南大西洋，北美的地磁强度在10万年内减少了约50%，这不仅包括地磁强度本身的变化，还包括地磁极的移动。

在地壳的化石中，有一些特殊的“指南针”，它们是远古时代的贝壳和树木。身体上的纹路生长与地磁的方向有关。

通过研究这些线条，古生物学家发现地球磁极每78万年就会反转一次。

这就是为什么在地磁场中明明位于北极，却位于南极，因为我们现在正处于磁极变化的过程中。

贝壳的纹路可以决定磁场的方向。

大约200年前，北极在加拿大，现在移到了西伯利亚，然后会一路南下。

地磁南北极的周期性调整不会影响地球的防御机制，但仍然会抵御太阳风暴，只是看极光的位置变化而已。

有一天，当磁极南移到中国，中国将是世界上最好的极光观测点。

当磁极来到赤道，非洲草原的夜晚不仅有星星，还有极光。

极光的美丽

如果磁极按照78万年的周期变化，就不会有灾难。人们最担心的是地磁场的突然逆转，这是最可怕的。

南北极的突然反转，会导致人类交流的混乱，候鸟的飞翔，大气粒子的无序。这种变化会来得太快，大家都适应不了。

因此，地磁场的突然逆转会导致严重的生物灭绝，但在挖掘出的化石中并没有磁极瞬间交换的证据。

地球南北极的反转目前仅限于假设。

如果地磁极南移，以后北极就没有极光了。

空站间调整

空站的飞行高度不是一成不变的，会根据自身情况调整。

移动这么大的家伙需要很大的推力，对吗？相反，驱动站间运动的螺旋桨空的力只有十分之几牛顿，只够推一张纸。

因为宇宙是真实的空，没有阻力，所以一个物体可以用很轻的力移动。即使后来去掉这个力，物体也会一直保持之前的运动状态。牛顿说这叫惯性。

Tai 空中的螺旋桨

空空间站不可能在400公里的高度静止不动空。它会调整自己的位置，以便接收更好的信号，甚至离开预定轨道。

当然，离开预定轨道也是一种必然。毕竟离地球最近的威胁不是范艾伦辐射带，而是人类制造的垃圾。

在泰空，有超过亿件垃圾和空站一起飞，几乎和上班的地铁一样拥挤，难免会发生碰撞。

Too 空垃圾是定时炸弹。

不要小看这些垃圾。他们的速度是每秒几公里。轻击他们，说不定就能报废空站。

为了保护几百亿甚至几百亿空站，就要避开这些垃圾。

有时候遇到紧急情况，空站会用额外的燃料来启动逃生，很贵，但也很贵。

国际空站算过这笔账，每年额外使用的燃料是10亿美元，但空本身就要花费数百亿美元。

宇航员也走路空。

这样看来，花大价钱避开垃圾，比被垃圾撞上更划算。