地球大气层比想象更大:实际上已经超过了月球

人类喜欢定义边界,例如,地球大气层和太空之间的边界叫卡门线(Kármán line),它是公认的外太空与地球大气层的分界线,位于海拔100公里处。它是负责国际的航空航天标准制定、记录保存的机构国际航空联合会所承认的大气层和太空的界线。到这个分界线,民用航空器结束飞行,而由航天器接管。

但地球的大气层远比这更复杂。现在,一支天文学家团队已经发现,地球大气层比我们想象的还要大,它一直延伸到月球,并且超过了月球。

该区域被称为“地冕”(geocorona)这是地球最外层的中性气体层,也是地球大气层的一部分。地冕主要由最轻的原子如氢和氦组成,它可以延续到离地心四至五地球半径的地方,其密度逐渐降低。地冕当中是一种微弱的中性氢云,在远紫外线下发光。

因为它很薄,所以以前很难测量。地冕的上限被认为距离地球大约200000公里,因为这是太阳辐射压力超越地球引力的点。

根据欧洲航天局和美国宇航局共同拥有的太阳能和日光层观测站(SOHO)获得的数据,科学家们发现,地冕层可以延伸到630000公里。

这意味着,地冕将月球吞没在大气层中。

俄罗斯太空研究所的物理学家伊戈尔·巴鲁金(Igor Baliukin)说:“月球包含在地球的大气层中。”

事实上,地球和月球平均距离为384400公里,因此,月球几乎就是在地冕层的正中。

地球大气层比想象更大:实际上已经超过了月球

包含在地球地冕层当中的月球

令人惊讶的是,SOHO观测站是在二十年前,即1996年至1998年间进行了这些观察。数据刚刚存档,等待有人来处理分析。

使用一种设计用于测量氢原子的远紫外线发射的敏感设备SWAN仪器,科学家们绘制出了地冕图,这是一种设计用于测量氢原子的远紫外线发射的敏感设备,称为Lyman-alpha光子。

我们无法从地球上看到它们,因为会被大气的内层所吸收,所以我们需要在太空中寻找它们的仪器。

地球大气层比想象更大:实际上已经超过了月球

阿波罗16号宇航员在月球上拍摄的地冕照片。

SWAN仪器可以选择性地测量来自地冕的光,从太空中进一步滤除Lyman-alpha发射,从而获得更准确的地冕图。

除了令人惊讶的大小之外,地冕还揭示了太阳的奇怪效果。

在地球上,氢原子被太阳光压缩,导致每立方厘米70个原子的密度,在月球轨道上,氢原子变薄到0.2个原子。在夜晚,由于太阳辐射压力,氢密度更高,使得它最终看起来像彗尾。

虽然氢原子确实散射紫外线辐射,但数量可以忽略不计,特别是与太阳的大量物质相比,使太空成为宇航员的危险辐射环境。

因此,了解地冕的全部范围不会对太空探索产生太大影响。

另外,地冕的发现使得任何太空望远镜都可能需要调整其Lyman-alpha基线以进行深空观测。

法国国家科学研究中心(CNRS)的天文学家Jean-Loup Bertaux说:“太空望远镜在紫外波长下观测天空,研究恒星和星系的化学成分,需要考虑到这一点。”

更有趣的是,超过之前想象的地冕层的存意味着,还没有人真正离开地球的大气层。

该团队的研究成果发表在最新一期《地球物理研究期刊:空间物理学》上。


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