대기권 돌파할 때 불이 붙는 이유는 무엇인가요?

Question

우주에서 대기권을 진입할 때는 공기와 마찰 때문에 불이 붙잖아요.

근데 지구에서 대기권을 돌파할 때는 왜 불이 붙는 건가요?

계속 공기가 있는 상태에서 날아가다가 대기권 돌파할 때만 왜 불이 붙을까요?

Answer 1

안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.

지구 대기권을 돌파하는 우주선이나 위성은 속도가 매우 빠르기 때문에 공기 분자와의 충돌이 심하게 발생합니다. 이 충돌로 인해 공기 분자들이 우주선이나 위성 주변에 압축됩니다. 이런 고압 상태에서 공기 분자들이 압축되면서 열이 발생하며, 이 열로 인해 우주선이나 위성 주변에서 불이 붙는 것입니다. 이렇게 발생하는 불은 램프 효과(lamp effect)라고도 불리며, 열로 인해 빛을 발산하는 현상입니다.

반면에 우주선이나 위성이 대기권으로 진입할 때는 속도가 점점 감소하게 됩니다. 이때 주변 공기의 압축이 상대적으로 적어지므로 분자들의 충돌 빈도가 낮아집니다. 그래서 진입하는 과정에서 불이 붙는 현상은 보통 관찰되지 않습니다. 대기권을 빠져나와 우주 공간으로 진입할 때에는 다시 공기 분자와의 충돌이 증가하게 되고, 이에 따라 불이 붙는 경우가 발생할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.

대기권 돌파 시 우주선은 고속으로

대기와 마찰하여 엄청난 열을 발생시킵니다.

이 열은 최대 5,000°C 이상까지 올라갈 수 있으며

이는 우주선 표면의 일부가 녹거나 연소될 수 있는 온도입니다.

대기권 진입 시 우주선 주변의 공기는 고온의 플라즈마 상태로 변합니다.

이 플라즈마가 다시 재결합될 때 엄청난 에너지를 방출하며

이 에너지는 불꽃이나 빛의 형태로 나타납니다.

대기권 진입 시 우주선과 공기 분자는 서로 충돌하여 이온화됩니다.

이 과정에서 에너지가 방출되며

이 에너지는 불꽃이나 빛의 형태로 나타납니다.

우주선 표면에 열 차폐재를 사용하여 마찰 열로부터 보호합니다.

우주선의 형태를 공기 역학적으로 설계하여 마찰을 줄입니다.

ablative material: 마찰로 인해 녹아내리는 특수한 재료를 사용하여 열을 흡수합니다.

대기권 돌파 시 불꽃이 보이는 것은 짧은 순간이며

실제로 우주선이 불타는 것은 아닙니다.

불꽃의 색깔은 주변 대기의 성분에 따라 다릅니다.

대기권 돌파 시 발생하는 열은 우주선 내부에도 영향을 미칠 수 있으므로

우주선 내부의 온도를 조절하는 시스템이 필요합니다.

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Answer 3

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

지구에서 대기권을 돌파할 때 불이 붙는 이유는 마찰뿐 아니라 단열압축 효과 때문입니다. 우주선이 고속으로 대기권에 진입하면 공기를 밀어내면서 엄청난 단열압축 효과가 발생하여 주변 온도가 수천 도까지 상승합니다. 이 고온은 마찰로 인한 열보다 훨씬 더 높습니다. 따라서, 지구에서 대기권 돌파 시에도 공기가 있는 상태에서 날아가지만, 대기권 진입 속도가 훨씬 빠르기 때문에 단열압축 효과가 발생하여 불이 붙는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.

대기권은 지상으로부터 멀수록 공기가 희박하지만 공기 마찰열은 대기권 진입부터 문제가 된답니다. 이유는 공기 입자와의 충돌로 인한 열이 아니라 충격파 때문인데요 이 충격파로 인해 단열압축효과가 발생하여 엄청난 고온이 일어나는 것입니다.

Answer 5

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.

마찬가지의 이유 때문입니다 .

대기를 뚫고 들어오는 것이나 나가는 것이나 같은 이유 입니다.