@ 2019.02.24 , 09:00

地球的大气层比人们想象中更大——甚至连月亮都包进去了

人类总是喜欢给事物贴标签、定边界。比如,地球大气层和外太空之间就被划了一条“卡门线(Kármán line)”。在海拔100公里的高空,成为了航空和航天的分界线。

但是地球大气层的复杂度其实远远不是一条界限就能搞定的(甚至卡门线到底该怎么划也有争议)。现在,一些天文学家发现,地球的大气层比人们之前想象的大得多,甚至一直延伸到月球之外更远的地方。

这一区域被称作“地冕(geocorona)”,是地球大气散逸层(exosphere)的一部分,是一团因为包含中性氢元素而会在远紫外线(波长200-280nm)照射下发光的云层。

因为非常稀薄,所以人们很难对它进行观测。人们之前认为地冕的上限大概在距地面20万公里左右地方,因为到了那个高度,太阳辐射带来的压力应该已经超过了地球引力。

但是,根据由欧洲航天局(ESA)和美国宇航局(NASA)合建的太阳与太阳圈探测器(Solar and Heliospheric Observatory,SOHO)提供的数据,之前人们想象的上限根本就不沾边儿。科学家们发现,地冕其实可以一直延伸到距地球63万公里远的地方。

这意味着它甚至可以将人类挚爱的唯一天然卫星拥入怀中。

俄罗斯空间研究所(Russia's Space Research Institute)的物理学家Igor Baliukin说:“月球其实是在地球的大气层中穿行的。”

实际上,因为地月间的平均距离只有38万4400公里,月球甚至只是在地冕的“腰间”穿过。

更令人惊讶的是,SOHO甚至在20多年前,也就是1996到1998年间就发现了这些数据。这些数据一直被丢在存档中吃灰,等着后来人去分析。

这些读数来自SOHO上一个名为SWAN的仪器,当年这个仪器就是专门用来绘制地冕情况的。这仪器可以敏锐地检测来自氢原子的,名为莱曼α光子的远紫外辐射。

在地球上我们是看不到这些辐射的——因为内层的大气把这些辐射都吸收了——所以只能靠发射到外层空间的仪器来观测。1972年,阿波罗16号上的宇航员就拍了一张地冕的照片——但当时他们甚至不知道自己其实还没有从地冕中飞出去。

图:阿波罗16号从月球上拍摄的地冕

SWAN可以精确地测量来自地冕的光线,过滤掉来自更远外太空的莱曼α辐射,所以能够更加准确地绘制出地冕的情况。

除了尺度惊人之外,地冕还展现了一种来自太阳的奇怪影响。

在地球白天的那一面,太阳光的压力让地冕中的氢原子密度从每立方厘米70个逐渐过渡到月球轨道附近的每立方厘米0.2个(这个密度基本上就是真空了)。

但是地球夜晚的那一面,由于太阳辐射压的原因,氢原子的密度会更高——看起来就像是彗星的尾巴一样。

氢原子确实可以散射紫外辐射,但这种效应太弱了,特别是与太阳喷出的射线量相比。所以在这片太空里依然充满了危险的辐射。

所以,即便现在人们对地冕的了解更多了,对于空间探索来说其实没有多大影响。

这一发现的真正意义在于,依然在地冕内部的任何一架空间望远镜可能都需要调整它的莱曼α基准,才能更准确地观测深空。

法国国家科学研究中心(French National Centre for Scientific Research,CNRS)的天文学家Jean-Loup Bertaux曾经是SWAN项目的首席研究员,他说:“那些通过紫外波段研究恒星和星系化学成分的空间望远镜都需要特别注意这一点。”

更有意思的是……这就意味着直到现在,还没有任何一个人类能够走出过地球的大气层。所以……任重道远啊。

本文译自 ScienceAlert,由译者 Freez Sun 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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