Lý do máy bay không thể bay cao quá 100km nằm ở bí mật 'vùng tử thần' trên bầu trời

[Nhung Phan]

Khi ngắm nhìn Trái Đất từ vũ trụ, hành tinh của chúng ta giống như một viên bi xanh với những dải mây bồng bềnh phủ trên bề mặt. Tưởng chừng bầu khí quyển chỉ là một lớp mỏng manh bao bọc lấy Trái Đất, nhưng thực tế, nó là một hệ thống phức tạp với nhiều tầng khác nhau – thậm chí có ý kiến cho rằng nó trải dài tới tận nửa đường tới Mặt Trăng!

Bầu trời xanh kia không phải là vô hạn! Có một "đường biên tử thần" ở độ cao 100km - nơi mọi máy bay thương mại buộc phải dừng bước. Đây không phải do con người thiếu công nghệ, mà là ranh giới khắc nghiệt của vật lý mà không ai có thể phá vỡ.

Các tầng khí quyển trái đất​

Không đơn giản chỉ là một "bong bóng" không khí, khí quyển Trái Đất được chia thành nhiều lớp, mỗi lớp mang đặc điểm riêng biệt.

Tầng đối lưu (Troposphere):​

• Độ cao: 0 - 16km (tương đương 0 - 10 dặm)
• Đặc điểm: Chứa 75% khối lượng khí quyển, nơi diễn ra mọi hiện tượng thời tiết

​

Là lớp gần mặt đất nhất, nơi diễn ra hầu hết các hiện tượng thời tiết. Tên gọi "troposphere" bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "tầng thay đổi" – quả không sai! Càng lên cao, không khí càng loãng, nhiệt độ giảm dần, và hầu như toàn bộ hơi nước trong khí quyển đều tập trung ở đây. Đó là lý do khi máy bay vượt qua tầng này, bạn sẽ thấy trời quang mây tạnh.

Tầng bình lưu (Stratosphere):​

• Độ cao: 16 - 50km (10 - 31 dặm)
• Độ dày: ~35km (22 dặm)
• Điểm đặc biệt:
  • Chứa tầng ozone (20-30 km)
  • Nhiệt độ tăng theo độ cao

Dù nghe tên có vẻ "cao cấp", đây chỉ là tầng thứ hai từ dưới lên. Khác với tầng đối lưu, nhiệt độ ở đây tăng theo độ cao nhờ tầng ozone hấp thụ tia UV từ Mặt Trời. Hầu như không có mây, trừ những đám mây băng cực quang hiếm hoi gần hai cực vào mùa đông.

Tầng trung lưu (Mesosphere):​

• Độ cao: 50 - 85km (31 - 53 dặm)
• Độ dày: ~35km (22 dặm)
• Đặc điểm:
  • Lớp lạnh nhất (-90°C)
  • Nơi thiên thạch bốc cháy

Là tầng lạnh nhất, nhiệt độ có thể xuống tới -90°C. Đây cũng là "bức tường lửa" thiêu rụi phần lớn thiên thạch trước khi chúng rơi xuống mặt đất. Đáng chú ý, CO₂ – vốn gây hiệu ứng nhà kính ở tầng đối lưu – lại làm lạnh tầng trung lưu, khiến nó ngày càng lạnh hơn do biến đổi khí hậu.

Tầng nhiệt quyển (Thermosphere):​

• Độ cao: 85 - 600km (53- 373 dặm)
• Độ dày: ~515km (320 dặm)
• Đặc điểm:
  • Nhiệt độ lên tới 2500°C
  • Nơi hoạt động của ISS

Nơi này nóng tới 2.500°C do hấp thụ bức xạ mặt trời cường độ cao! Tuy nhiên, nếu đứng ở đây, bạn sẽ không cảm nhận được sức nóng vì không khí quá loãng. Đây cũng là nơi các vệ tinh nhỏ hoạt động và sóng radio bị ảnh hưởng bởi hiện tượng nhiễu động.

Tầng ngoại quyển (Exosphere):​

• Độ cao: 600 - 10,000km+ (373 - 6,200+ dặm)
• Đặc điểm:
  • Chuyển tiếp vào không gian vũ trụ
  • Chứa chủ yếu hydro/hel

Lớp ngoài cùng, mỏng đến mức khó phân biệt với chân không vũ trụ. Chủ yếu chứa khí hydro và heli, các hạt ở đây cực kỳ thưa thớt – chúng hiếm khi va chạm vào nhau!

Tầng điện ly (Ionosphere):
Tên gọi "ionosphere" bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "quả cầu ion", nhưng cũng có thể hiểu là "vùng trời di động" - một cách mô tả khá chính xác. Bởi lẽ, đây không phải là một tầng khí quyển độc lập, mà là vùng không gian bị ion hóa bởi bức xạ Mặt Trời.

• Đặc điểm:
  • Phạm vi bao phủ: Trải dài từ tầng trung lưu đến tận ngoại quyển, bao trùm toàn bộ tầng nhiệt quyển.
  • Khả năng "co giãn": Kích thước thay đổi theo cường độ bức xạ Mặt Trời.
  • Vũ đài của cực quang: Nơi những dải sáng huyền ảo (aurora) xuất hiện khi hạt mang điện từ Mặt Trời tương tác với khí quyển.

Vai trò sống còn của Khí quyển​

Lá chắn tia UV: Tầng ozone bảo vệ sự sống khỏi bức xạ độc hại.

Ngăn thiên thạch: Nhờ ma sát khí quyển, hàng triệu thiên thạch bốc cháy trước khi chạm đất.

Hiệu ứng nhà kính: Giữ nhiệt độ Trái Đất ổn định, nhưng đang bị đẩy quá mức do ô nhiễm.

Cung cấp không khí: Oxy cho động vật, CO₂ cho thực vật – sự sống không tồn tại nếu thiếu khí quyển.

Ranh giới giữa khí quyển và vũ trụ​

Không có đáp án chính xác! Một số nhà khoa học cho rằng khí quyển kết thúc ở 10.000 km, số khác tính tới 190.000 km (nửa đường tới Mặt Trăng). Trong khi đó, "đường Kármán" (100 km) được coi là mốc bắt đầu không gian vì máy bay không thể bay cao hơn.

• Định nghĩa khoa học: 100km là độ cao mà tại đó:
  • Mật độ không khí chỉ còn 0.000001% so với mặt đất
  • Áp suất khí quyển gần như bằng 0
  • Lực nâng của cánh máy bay bằng không

"Nếu cố bay lên 101km, cánh máy bay sẽ vô dụng như đôi tay quạt nước giữa sa mạc. Động cơ phản lực ngừng hoạt động vì thiếu oxy, phi công sẽ chết ngạt trong 90 giây."

• Lực nâng biến mất​

  • Ở độ cao 10km (tầm bay máy bay thương mại): Không khí đủ dày để tạo lực nâng 57 tấn (ví dụ Boeing 787)
  • Ở 100km: Lực nâng giảm 1 triệu lần, tương đương 57 gram - không đủ nâng... 1 bát phở!

• Động cơ thất bại​

  • Động cơ phản lực cần:
    • Oxy để đốt cháy nhiên liệu
    • Không khí để làm mát
  • Tại 100km: Gần như chân không, động cơ sẽ:
    • Bốc cháy do quá nhiệt
    • Nổ tung vì chênh lệch áp suất

Hậu quả nếu vượt khí quyển 100km không được bảo vệ​

• 90 giây đầu tiên:
  • Máu sôi lên do áp suất thấp
  • Phổi nổ tung như bong bóng
• 4 phút: Cơ thể đóng băng ở -60°C hoặc cháy đen tùy vị trí
• 10 phút: Thi thể khô cong như xác ướp giữa vũ trụ

100km không phải là giới hạn của công nghệ, mà là rào chắn sinh tử của tự nhiên. Để vượt qua nó, con người buộc phải từ bỏ mọi nguyên tắc hàng không thông thường và trở thành... phi hành gia!

Từ lần sau khi ngắm sao băng hay bay trên mây, hãy nhớ: bạn đang chứng kiến những kỳ quan của bầu khí quyển – kiệt tác tự nhiên không thể thay thế!

Theo Howtogeek (AIgen)