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太阳、地球与月亮 图/视觉中国 |
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SOHO探测器 模拟图 |
□克莉斯汀 一项研究最近分析了来自二十多年前的观测数据，提出了一个惊人的观点：地球大气层一直延伸到约63万千米之外。也就是说，其实月球一直被包裹在地球的大气层中。 最近几位刚实现了“太空旅行梦”的地球人，难道从来没有真正离开过地球？！ 迟了20年的数据分析 这项最新研究的数据竟是来自一艘早在1995年发射升空的太空飞船Solar and Heliospheric Observatory（以下简称SOHO），而且分析的还是它在1996年-1998年间收集到的数据。 由欧洲航天局及美国太空总署共同研制的SOHO本身是一个太阳和太阳圈探测器。它除了作为研究太阳活动的重要探测器，也一直在帮助天文学家们进行空间天气预报。尽管它原计划使用寿命只有三年，但至今它仍在太空中兢兢业业地工作着，并已正常运行了20多年。 它搭载的设备包括十二个主要的仪器，每一个都能够独立地观察太阳或者太阳的某个局部，并收集数据。其中的部分仪器还能将观察结果以图片形式保存下来。而这些数据大部分都是公开的，人们可以在相关互联网站上搜索到并用作公共研究用途。 只不过，到目前为止，它收集的许多数据仍未得到分析，比如这次被关注的日冕和地冕相关信息，就来自于它20多年前已收集到的数据。 地球大气层与地冕的边界 我们都知道太阳有日冕，是太阳大气的最外层，它属于太阳的一部分，是由很稀薄的完全电离的等离子体所组成，可以分为内冕、中冕和外冕三个层次。不少行星的高层大气也发现由氢原子和氦原子组成，形成行星冕。对行星大气的探测中已观测到金星、火星、水星和木星大气的氢原子和氦原子的辐射。 地球也有地冕。它通常是指在地球的大气层与外太空交界的区域，是一片氢原子为主要成分的“氢原子云”形态，包括地球大气逸散层最虚无缥缈的一部分。 1972年的“阿波罗16号”任务中，宇航员曾发布过一张首次拍摄到的地冕层图像——但现在看来，那可能只是地冕局部，因为当时宇航员可能仍身处地冕中。如果此次数据分析是准确的，那么可以说，直到今天还没有一个人类真正离开过地球。 要确定地冕的边界并不容易。 早前，关于世界首富乘坐载人飞船完成首次太空旅行的新闻轰动一时。人们在读新闻的过程中了解到一个并不常见的名词：卡门线。根据国际航空联合会的定义，海拔100千米高度即为卡门线所在位置，这也是通常人们认为的从“航空”过渡到“航天”的界线——卡门线是通常意义上的地球大气层的最边缘，也是地冕的边界。 但关于卡门线的定位高度其实一直有诸多争议。有人统计过，从1951年到1962年间，大约出现过30种关于卡门线高度的不同说法，这个高度的定义范围从海拔20千米到400千米，目前所说这个100千米只是其中被大部分人认同的一个平均数值。 如何观测地冕？ 填充地冕的氢原子主要来自于地球大气。大气中的光解离反应产生氢原子，它们会通过扩散作用向远离地表方向运动，一部分氢原子的速度大于逃逸速度，会发射到太空去；另一部分由于速度小于逃逸速度，又回到地球大气的逸散层底部。 留在地冕中的氢原子又会通过太阳发出的极紫外辐射发生电离，并与朝地球飞来的太阳风质子进行电荷交换——这个过程其实刚好保护了地球，它阻挡了吹向地球的太阳风，防止远紫外辐射直接到达地面，同时还会产生一种发光的自然现象，就是“极光”。由于地球磁场作用，这种自然现象多出现在南北两极高磁纬地区。但通过远紫外线照相摄谱仪，其实可以发现地冕中到处都可能会产生这种电离过程中的发光现象。地冕就这样可以被观测到了。 SOHO上的观测仪器正是过滤掉来自更远的外太空的莱曼阿尔法辐射，精确地测量到来自地冕的光线，人们这才发现这种由于超紫外辐射引起感光的地冕部分，竟可扩展到地球以外63万千米的高空——在距离地表63万千米的高度，依然被发现存在着太阳风与地球等离子体的相互作用。 月球一直包含在地冕中？ 63万千米的距离，相当于100个地球半径；而月球轨道相当于60个地球半径，也就是说，月球其实是被包含在地冕之中的。 不过研究人员发现，虽说在月球高度中，但地球的大气数量微乎其微，几乎可以忽略，所以虽然地冕层也是一个紫外线辐射源，但同太阳辐射源相比，地冕层发出的辐射也几乎可以忽略。不过，通过紫外线光波段观测天空的仪器可能需要微调，以便更精准地进行深空观测。 此外，研究人员表示，由于太阳光压的影响，地冕的形状看起来其实有点像彗星的尾巴。因为在朝着太阳的一侧，地冕层氢原子被阳光“压缩”；在背对太阳的一侧，氢原子的密度整体上也要更大一些。 这个大范围地冕的发现显然意义重大，不仅让我们知道地球有了更大范围的大气层保护，同时也对“冕”的内容与意义了解到更多，为行星科学增加了新的研究内容。
