假設(shè)我們從空間站（約 400 公里高度）釋放一張紙，它的初始運動狀態(tài)就與空間站同步。

空間站以約 27600 公里 / 小時的速度繞地球飛行，這意味著紙張一開始也會具有這樣的高速。在這樣的速度下，紙張并不會立即朝著地球下落，而是會在軌道上運行。

由于軌道上仍然存在極其稀薄的大氣，這些大氣會對紙張產(chǎn)生微弱的阻力，隨著時間的推移，紙張的軌道會逐漸衰減。這是一個極為緩慢的過程，大約需要數(shù)月時間，紙張才會因為軌道衰減而進(jìn)入大氣層。

若不考慮其他因素，僅從自由落體的角度分析，根據(jù)萬有引力定律，物體的加速度會隨著與地球距離的增加而減小，其加速度與距離的平方成反比。

當(dāng)紙張從太空向地球下落時，在剛開始的階段，加速度相對較小，但隨著接近地球，加速度逐漸增大。在進(jìn)入大氣層時，經(jīng)過計算，其速度可達(dá) 2 公里 / 秒左右。如此高的速度，會使紙張在進(jìn)入大氣層后與空氣發(fā)生劇烈的摩擦。

當(dāng)紙張進(jìn)入大氣層后，它就如同進(jìn)入了一個充滿阻力的世界。

在這個過程中，紙張的速度逐漸降低。這是因為空氣阻力與紙張的運動方向相反，阻礙了它的下落。根據(jù)牛頓第二定律，物體所受合力等于質(zhì)量與加速度的乘積，此時空氣阻力成為了改變紙張運動狀態(tài)的主要因素。

隨著速度的降低，紙張的動能不斷減少。根據(jù)能量守恒定律，能量不會憑空消失，而是發(fā)生了轉(zhuǎn)化。在這里，紙張的動能逐漸轉(zhuǎn)化為熱能，使得紙張表面的溫度迅速升高。

紙張的主要成分是纖維素，這是一種有機(jī)物。

在正常情況下，紙張的燃點大約在 130 - 180℃。而在墜落過程中，紙張表面的溫度很容易就會達(dá)到甚至超過這個范圍。不過，高層大氣中的氧氣含量不足 0.1%，如此低的氧氣濃度無法滿足紙張燃燒所需要的氧化劑條件，所以紙張并不會像在地球表面有充足氧氣時那樣發(fā)生燃燒現(xiàn)象。

然而，高溫依然會對紙張產(chǎn)生顯著的影響。

在缺乏氧氣的情況下，紙張會發(fā)生熱解反應(yīng)。熱解是指有機(jī)物在高溫下分解的過程，對于紙張來說，纖維素會在熱解過程中分解為碳和揮發(fā)性氣體。隨著熱解的進(jìn)行，紙張逐漸碳化，原本白色的紙張會變成焦黑色，并且質(zhì)地也變得非常脆，輕輕一碰就可能破碎。

例如，我們在日常生活中用火燒紙張時，如果控制好氧氣的供應(yīng)，也會看到紙張先碳化變黑，然后才燃燒起來，而在高空中的紙張墜落過程，就類似這種先碳化但不燃燒的情況 。

當(dāng)紙張下降到 80 - 100 公里的高度時，這里的空氣密度相較于高層大氣有了明顯的增加。

空氣密度的增加使得空氣對紙張的阻力進(jìn)一步增大，紙張的速度也隨之迅速降低，一般會減速至 300 米 / 秒以下。此時，經(jīng)過熱解反應(yīng)后已經(jīng)碳化變脆的紙張結(jié)構(gòu)，在大氣中的湍流作用下顯得格外脆弱。

湍流是大氣中一種不規(guī)則的流動現(xiàn)象，它會使紙張受到各個方向的力的作用。在這些力的反復(fù)拉扯下，紙張開始碎裂。由于紙張本身已經(jīng)非常脆弱，所以它會碎裂成毫米級的小碎片。

這些小碎片在繼續(xù)下落的過程中，受到空氣阻力和重力的共同作用。當(dāng)空氣阻力與重力達(dá)到平衡時，它們就會以一個相對穩(wěn)定的速度下落，這個速度被稱為終端速度。

經(jīng)過研究和計算，這些毫米級的紙張碎片的終端速度大約為 10 米 / 秒。這就好比地球上秋天的落葉，在微風(fēng)的吹拂下，緩緩飄落，速度相對較慢。所以，從太空扔下的紙張，最終是以毫米級碎片的形式，像落葉一樣飄落到地面。

紙張的材質(zhì)和形狀在其從太空墜落的過程中起著至關(guān)重要的作用。

普通的 A4 紙，通常重量約為 4 克，其表面積相對較大，質(zhì)量卻很輕。這種特性使得它在進(jìn)入大氣層時，受到的氣動阻力顯著高于那些質(zhì)量較大、表面積較小的物體，比如隕石。氣動阻力的增大，會進(jìn)一步加劇紙張與空氣的摩擦，使其更容易在高溫下發(fā)生熱解和碎裂。

為了探究紙張在太空環(huán)境下的性能，日本曾在 2008 年進(jìn)行了一項紙飛機(jī)實驗。研究人員選用了一種耐高溫的玻璃纖維紙來制作紙飛機(jī)。

在地面的風(fēng)洞測試中，這種紙飛機(jī)表現(xiàn)出了良好的耐高溫性能，能夠承受約 200℃的高溫。然而，當(dāng)將其置于實際的太空環(huán)境中時，情況卻變得復(fù)雜起來。

由于太空環(huán)境的極端性和不可控性，紙飛機(jī)在進(jìn)入大氣層后，追蹤變得極為困難，最終未能成功回收。這一實驗表明，即使是經(jīng)過特殊設(shè)計的紙張，在太空環(huán)境下的墜落過程也充滿了不確定性，實際情況遠(yuǎn)比理論分析要復(fù)雜得多 。

總結(jié)

從太空扔下一張紙，它并不會完好無損地飄落到地面。

在整個墜落過程中，紙張先后經(jīng)歷了自由加速、熱解碳化、氣動碎裂三個階段。先是在幾乎沒有空氣阻力的太空中自由加速下落，速度不斷增加；進(jìn)入大氣層后，因與空氣劇烈摩擦，紙張表面溫度急劇升高，發(fā)生熱解碳化，由白色的紙張變?yōu)榻购谏奶蓟垙垼浑S著高度降低，空氣密度增大，在氣動作用下，碳化后的紙張發(fā)生碎裂，最終以毫米級的焦黑碎片形式飄落到地面。