地冕到底有多大？

　　图片来历：NASAEarthObservatory
　　来历：科研圈（ID：keyanquan）
　　一项研讨剖析了来自二十年前的观测数据，提出了一个惊人的观念：地球大气层一贯延伸到约63万千米处，月球也被包裹在大气层中。
　　最近的一项研讨提出，地球的大气层延伸到至少100个地球半径，约630000千米（km）处，这也意味着月球其实也在大气层中。这项研讨结果宣布在JournalofGeophysicalResearch：SpacePhysics上。
　　不论你还记不记得地舆讲义上对大气层的详细界说，你一定会觉得这个界说几乎难以幻想。不过，地球大气层的界说一贯有着许多争议，没准地舆讲义仅仅选了一个好记的（大雾）。
　　“航空”和“航天”的分界限
　　依据国际航空联合会（FdrationAronautiqueInternationale）的界说，海拔100km高度为卡门线（Krmnline），这是从“航空”过渡到“航天”的界限。当航天器发射后，为了坚持飞翔状况，飞船需求继续加快，直至切线方向上的速度抵达第一宇宙速度后，航天器便可盘绕地球飞翔。而飞翔器抵达第一宇宙速度时，所在的高度差不多便是100km。
　　极光就发作在卡门线邻近，海拔大约在90150km之间。图片来历：Pixabay
　　可是，关于卡门线高度的争议却从未中止。有人计算了从1951年到1962年间呈现的大约30种关于卡门线高度的不同定见，鸿沟高度的界说规模从海拔20km到400km，其间大部分的值坐落75100km之间。哈佛史密森尼天体物理中心（HarvardSmithsonianCenterforAstrophysics）的天体物理学家JonathanMcDowell以为卡门线的高度应该是80km，在2018年宣布的一篇论文中，他剖析了43000颗卫星的超越9000万个点坐标轨迹数据，发现有50颗卫星可在80km的高度绕行地球。McDowell提出的界说也得到了一些研讨人员的支撑。
　　卡门线的界说其实不完满是一个科学问题。在这样的空间鸿沟以下，可以说这部分的空域归于在其下方的国家；而在空间鸿沟以上，理论上是答应各国卫星自在飞翔的。因而，对卡门线的界说多少会遭到政治诉求的影响。
　　太阳有日冕，地球有地冕
　　天文学家试图用愈加普适的规范来界说地球大气层，可是地球的大气层实际上比幻想中更杂乱，远远不是一条线所能界定。
　　天文学家LymanSpitzer初次提出“散逸层”（exosphere）的概念，他指出，假如不是因为这一层大气温度较高，使得较轻的气体逃逸，那么地球大气中的氦气含量会比实际中要高得多。
　　这一大气区域也被称为地冕（geocorona）。咱们都知道日冕，它是太阳大气的最外层，由很淡薄的彻底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。而地冕与其类似，它以电中性的氢原子为首要成分，是地球大气逸散层的一部分。也就说是，在地球的大气层与外太空接壤的区域，有一片“氢原子云”，咱们界说为地冕。
　　日冕。图片来历：HinodeJAXANASA
　　填充地冕的氢原子来自于地球大气。大气中的水和甲烷经过光解离发作氢原子，它们经过扩散作用向远离地表方向运动；抵达逸散层底部时，它们将沿着原运动轨迹向太空发射。依据氢原子的速度不同，这时候或许发作两种状况：速度大于逃逸速度的氢原子在双曲线轨迹上发射，永久告别了地球；速度小于逃逸速度的氢原子将返回到逸散层底部。留在地冕中的氢原子也不能无限累积。这些氢原子会经过太阳宣布的极紫外辐射发作电离，并与朝地球飞来的太阳风质子进行电荷交流，其“寿数”大约为20天左右。
　　所以，在地冕这个区域，一部分氢原子脱离了地球，留下来的氢原子也比较短寿；这些要素都约束了地冕的巨细，使它无法无限延伸。
　　地冕到底有多大？
　　要想丈量地冕的巨细，最直观的办法是在外太空顶用航天器观测地冕宣布的光。在1972年的阿波罗16号使命中，宇航员曾初次拍照到地冕层的图画，但那一次是从月球轨迹视点进行拍照的，其时的宇航员或许并不知道其实自己并没有飞出地冕。
　　阿波罗16号上的宇航员拍照的地冕。图片来历：NASA
　　地冕中的氢元素会与来自太阳的远紫外线辐射发作散射而发光。地冕发射的谱线有好几种，其间最强的谱线是莱曼阿尔法辐射，这是氢原子的电子从主量子数n2跃迁至n1时宣布的谱线。研讨人员首要经过它来检测地冕。
　　这次研讨所取得的地冕数据来自于太阳和太阳风层探测器（SolarandHeliosphericObservatory，SOHO），它由欧洲航天局（ESA）及美国国家航空航天局（NASA）一起研发，绕太阳公转，并对太阳进行研讨。SOHO上的仪器可以过滤掉来自更远的外太空的莱曼阿尔法辐射，精确地丈量来自地冕的光线。两个传感器不间断地对地球进行观测，跟着探测器的移动，大约20小时内即可取得整个天空的图画。
　　研讨发现，地冕的规模差不多延伸到63万千米之外，相当于100个地球半径；而月球轨迹相当于60个地球半径，也便是说，月球也被包含在地冕之中。
　　研讨人员还发现，因为太阳光压的影响，地冕的形状看起来有点像彗星的尾巴。在朝着太阳的一侧，地冕层氢原子被阳光“紧缩”，在间隔地表6万公里处每立方厘米大约有70个原子；而到月球轨迹空间，每立方厘米均匀仅有0。2个原子，基本上可以以为是真空。在背对太阳的一侧，氢原子的密度全体上要更大一些。
　　地冕观测示意图（未按份额制作），图中地球周围的淡色区域为地冕。图片来历：ESA
　　令人惊奇的是，这项最新研讨的数据来自199698年间。SOHO于1995年发射升空，原计划使用寿数是3年，但它现在已在太空中工作了20多年，而且仍在运转。它搜集的许多数据还未得到剖析，比方这次的日冕数据。
　　这项研讨阐明地冕层也是一个紫外线辐射源，可是同太阳辐射源比较，地冕层宣布的辐射微乎其微，对普通人或月球轨迹的宇航员没什么影响。不过，处于地冕内部的太空望远镜或许需求调整它的基准，以便更精准地进行深空观测。法国国家科学研讨中心（FrenchNationalCentreforScientificResearch）的天文学家、前SWAN项目首席研讨员JeanLoupBertaux说：“那些在紫外波段观测天空，研讨恒星和星系化学成分的空间望远镜都要考虑到这一点。”而且，因为行星外层的氢原子层反映了低大气层（火星，金星和地球）中水和（或）甲烷的存在，它也将成为未来研讨中愈加受重视的主题。
　　当然，研讨发现也标明，直到今日还没有一个人类可以真实脱离地球。