地球的大气层实际上远远超出了我们常见的卡门线,大约在63万千米处与太空相交。一项新研究揭示了一个令人惊讶的事实:月球也被地球的大气层所包围。这一发现发表在《地球物理研究杂志:空间物理学》上,研究人员分析了20年前的观测数据,得出了这个新的观点。
通常,我们认为卡门线是地球大气层与外太空的分界线,这个界限大约在海拔100千米处,并被国际航空联合会所认可。然而,实际上大气层并不会在某个特定的海拔高度突然消失,而是逐渐过渡到太空。卡门线的定义是基于飞机能在其周围空气的作用下,以低于轨道速度停留在空中的界限。在这一高度,大气密度非常低,一旦超过这个速度,就必须达到轨道速度才能停留,这标志着航天领域的开始。
在大气层中,从80千米到300至500千米的高度是热层和散逸层,这是人造卫星、空间站和火箭等运行的空间,也是离地球星际空间最近的地方。尽管存在大气,包括空间站在内的人造飞行器仍然会因为冲撞大气中的粒子而损失动能,最终逐渐坠向地球。这就是为什么它们需要定期调整轨道,以防止坠落。
例如,和平号太空站因为缺乏资金而未能得到维护,最终坠入了大气层。而地球大气的最外层,被称为散逸层或地冕,是由天文学家Lyman Spitzer首次提出的。他认为,由于大气层的温度较高,轻气体如氢气和氦气将逃逸到太空。1955年,科学家在80千米高空发现了氢原子的赖曼a辐射,从而证实了地冕的存在。
地冕不仅存在于地球,金星、火星、水星和木星等行星也有自己的行星冕。这些冕是由大气中的水和甲烷在光解离过程中产生的氢原子组成的氢原子云。当氢原子通过热层扩散到散逸层底部时,它们会沿着轨迹射向太空。速度超过第二宇宙速度的氢原子会离开地球,而速度较慢的则返回散逸层底部。
由于太阳的极紫外辐射会使氢原子电离,并与太阳风质子交换电荷,地冕中的氢原子的“寿命”大约只有20天。这限制了地冕的大小。要测量地冕的大小,最直接的方法是在太空中观测地冕发出的光,因为太阳与氢原子相互作用而发光,这一过程在地冕中最为明显。
1972年的阿波罗16号任务中,宇航员首次拍摄到了地冕的图像。1995年,SOHO探测器被发射到太空,它不仅用于研究太阳,也用于研究地球的大气散逸层。SWAN仪器记录了太阳风和地冕氢气的互动,发现地冕的范围延伸到大约63万千米之外,这意味着月球也被包含在地冕之中。
这项研究证实,至今没有人真正离开过地球。只有当人类踏上火星时,我们才能算是真正离开了地球。
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