【簡(jiǎn)介：】地球的大氣層有多厚？這個(gè)問題看似很簡(jiǎn)單，但其實(shí)連科學(xué)家們都無法準(zhǔn)確回答。地球大氣層的定義一向有著諸多爭(zhēng)議，在對(duì)地球大氣層的研究中，科學(xué)家們甚至發(fā)現(xiàn)： 月球竟然處于地球的大
地球的大氣層有多厚？這個(gè)問題看似很簡(jiǎn)單，但其實(shí)連科學(xué)家們都無法準(zhǔn)確回答。地球大氣層的定義一向有著諸多爭(zhēng)議，在對(duì)地球大氣層的研究中，科學(xué)家們甚至發(fā)現(xiàn)： 月球竟然處于地球的大氣層中。 這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以說完全顛覆了人們的認(rèn)知，一向認(rèn)知為外太空的遙遠(yuǎn)月球，怎么還會(huì)在地球的大氣層中呢？
在航天領(lǐng)域，了解大氣層的厚度十分重要，因?yàn)閷?duì)于航天器來說，當(dāng)突破了地球大氣層，擺脫地球的空氣阻力，才算是真正的進(jìn)入地球以外的太空，這種飛行活動(dòng)也被稱為 航天 。
而飛行器在地球大氣層（空氣空間）中的飛行（航行）活動(dòng)，則被稱為 航空 。
根據(jù)國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)的定義， 從“航空”過渡到“航天”的界線被稱為“卡門線”，而這個(gè)海拔高度為100KM。 任何航天器想要持續(xù)飛行，必須要突破卡門線，并且當(dāng)在卡門線切線方向上的速度達(dá)到第一宇宙速度以上，便能夠圍繞地球持續(xù)飛行。
雖說國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)對(duì)卡門線高度進(jìn)行了定義，但科學(xué)家們對(duì)于卡門線高度的確定依舊存在著很大的爭(zhēng)議。 從 1951 年到 1962 年間，就有30多種對(duì)卡門線高度的不同意見，這些邊界高度的定義范圍從海拔 20km 到 400km不等，但大部分的值處于 75-100km 之間。
其實(shí)從人類的各種航天活動(dòng)中就可以看出，地球大氣的厚度可遠(yuǎn)不止100KM。例如國(guó)際空間站的飛行高度為400公里左右，但該空間站在繞地飛行過程中高度會(huì)不斷地下降。這是因?yàn)樵?00公里的高度，依舊存在稀薄的大氣與空間站摩擦，造成空間站速度逐漸降低，軌道高度下降，因此空間站中會(huì)有推進(jìn)器定時(shí)給空間站加速以保持軌道高度。
地球的大氣層到底有多厚？科學(xué)家試圖用更加普適的標(biāo)準(zhǔn)來定義地球大氣層，但地球的大氣層實(shí)際上比想象中更復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一條線所能界定。
天文學(xué)家 Lyman Spitzer 對(duì)此定義了“ 散逸層 ”的概念， 散逸層又稱“外層”、“逃逸層”，是熱層（暖層）以上的大氣層，也是地球大氣的最外層。這層空氣在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用下，大部分分子發(fā)生電離；使質(zhì)子和氦核的含量大大超過中性氫原子的含量。逃逸層空氣極為稀薄，其密度幾乎與太空密度相同 ，故又常稱為外大氣層。這一大氣區(qū)域也被稱為 地冕。
由于地冕位于大氣最外層，那么如果能知道地冕區(qū)的外邊界在哪，那么就可以知道地球大氣層的厚度了。對(duì)此科學(xué)家們的做法是在外太空中 用航天器觀測(cè)地冕發(fā)出的光來探測(cè)地冕的區(qū)域 。
這個(gè)方法的原理是地冕中的氫元素會(huì)與來自太陽(yáng)的遠(yuǎn)紫外線輻射發(fā)生散射而發(fā)光。地冕發(fā)射的譜線有好幾種，其中最強(qiáng)的譜線是 萊曼阿爾法輻射 ，這是氫原子的電子從主量子數(shù) n = 2 躍遷至 n = 1 時(shí)發(fā)出的譜線。研究人員主要通過它來檢測(cè)地冕?？茖W(xué)家所使用的設(shè)備為太陽(yáng)和太陽(yáng)風(fēng)層探測(cè)器（Solar and Heliospheric Observatory，SOHO）。該設(shè)備由歐洲航天局（ESA）及美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）共同研制。SOHO上的儀器可以過濾掉來自更遠(yuǎn)的外太空的萊曼阿爾法輻射，精確地測(cè)量來自地冕的光線。
該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，地球地冕的范圍遠(yuǎn)超出了人們的預(yù)期，最外側(cè)高度可以達(dá)到近63萬(wàn)公里，而地月的平均距離也就38萬(wàn)公里，相當(dāng)于月球還在地球的地冕范圍內(nèi)，換句話說就是 月球還在地球的大氣層當(dāng)中。
另外，地冕區(qū)域還受太陽(yáng)光的影響，在太陽(yáng)光壓的作用下，地冕的分布就像是彗星的尾巴，正對(duì)太陽(yáng)的一面光壓較大，地冕層氫原子被陽(yáng)光“壓縮”，對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域距離地表 6 萬(wàn)公里處每立方厘米大約有 70 個(gè)原子，在38萬(wàn)公里處（約為月球軌道高度）每立方厘米平均僅有 0.2 個(gè)原子，基本上可以認(rèn)為是真空。在背對(duì)太陽(yáng)的一側(cè)，氫原子的密度整體上要更大一些，并且日冕范圍也會(huì)更大。
通過對(duì)地冕區(qū)的觀測(cè)，科學(xué)家們更精確地得到了地球大氣層的數(shù)據(jù)。雖說在月球高度中，地球的大氣數(shù)量微乎其微，幾乎可以忽略，但科學(xué)家們對(duì)地球大氣層有了更準(zhǔn)確的了解。
參考資料
[1]SWAN/SOHO Lyman\α Mapping: The Hydrogen Geocorona Extends Well Beyond the Moon[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2019, 124(2):861-885.
