地球大氣層比想象更大:實際上已經超過了月球

人類喜歡定義邊界,例如,地球大氣層和太空之間的邊界叫卡門線(Kármán line),它是公認的外太空與地球大氣層的分界線,位於海拔100公里處。它是負責國際的航空航天標準制定、記錄保存的機構國際航空聯合會所承認的大氣層和太空的界線。到這個分界線,民用航空器結束飛行,而由航天器接管。

但地球的大氣層遠比這更復雜。現在,一支天文學家團隊已經發現,地球大氣層比我們想象的還要大,它一直延伸到月球,並且超過了月球。

該區域被稱為“地冕”(geocorona)這是地球最外層的中性氣體層,也是地球大氣層的一部分。地冕主要由最輕的原子如氫和氦組成,它可以延續到離地心四至五地球半徑的地方,其密度逐漸降低。地冕當中是一種微弱的中性氫雲,在遠紫外線下發光。

因為它很薄,所以以前很難測量。地冕的上限被認為距離地球大約200000公里,因為這是太陽輻射壓力超越地球引力的點。

根據歐洲航天局和美國宇航局共同擁有的太陽能和日光層觀測站(SOHO)獲得的數據,科學家們發現,地冕層可以延伸到630000公里。

這意味著,地冕將月球吞沒在大氣層中。

俄羅斯太空研究所的物理學家伊戈爾·巴魯金(Igor Baliukin)說:“月球包含在地球的大氣層中。”

事實上,地球和月球平均距離為384400公里,因此,月球幾乎就是在地冕層的正中。

地球大氣層比想象更大:實際上已經超過了月球

包含在地球地冕層當中的月球

令人驚訝的是,SOHO觀測站是在二十年前,即1996年至1998年間進行了這些觀察。數據剛剛存檔,等待有人來處理分析。

使用一種設計用於測量氫原子的遠紫外線發射的敏感設備SWAN儀器,科學家們繪製出了地冕圖,這是一種設計用於測量氫原子的遠紫外線發射的敏感設備,稱為Lyman-alpha光子。

我們無法從地球上看到它們,因為會被大氣的內層所吸收,所以我們需要在太空中尋找它們的儀器。

地球大氣層比想象更大:實際上已經超過了月球

阿波羅16號宇航員在月球上拍攝的地冕照片。

SWAN儀器可以選擇性地測量來自地冕的光,從太空中進一步濾除Lyman-alpha發射,從而獲得更準確的地冕圖。

除了令人驚訝的大小之外,地冕還揭示了太陽的奇怪效果。

在地球上,氫原子被太陽光壓縮,導致每立方厘米70個原子的密度,在月球軌道上,氫原子變薄到0.2個原子。在夜晚,由於太陽輻射壓力,氫密度更高,使得它最終看起來像彗尾。

雖然氫原子確實散射紫外線輻射,但數量可以忽略不計,特別是與太陽的大量物質相比,使太空成為宇航員的危險輻射環境。

因此,瞭解地冕的全部範圍不會對太空探索產生太大影響。

另外,地冕的發現使得任何太空望遠鏡都可能需要調整其Lyman-alpha基線以進行深空觀測。

法國國家科學研究中心(CNRS)的天文學家Jean-Loup Bertaux說:“太空望遠鏡在紫外波長下觀測天空,研究恆星和星系的化學成分,需要考慮到這一點。”

更有趣的是,超過之前想象的地冕層的存意味著,還沒有人真正離開地球的大氣層。

該團隊的研究成果發表在最新一期《地球物理研究期刊:空間物理學》上。


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