“迟到20年”的发现： 月球竟在地球大气层中

 
 
“迟到20年”的发现： 月球竟在地球大气层中  
 

大范围包裹地球的地冕，阻挡了吹向地球的太阳风，防止远紫外辐射直接到达地面，保护了地球这颗湛蓝星球的水圈和生物圈。换而言之，这种带有磁场的类地行星的冕，为保护行星表面可能存在的生命环境和生命自身提供了支持。

平劲松 中国科学院国家天文台研究员

你能想到吗？也许月球一直在地球的“怀抱”中。

在一项研究中，研究人员分析了1996年至1998年期间在日地第一拉格朗日点3次收集的地球大气散逸层数据，确认了地冕（地球大气的最外层）观测结果：地球的大气层一直延伸到约63万千米的高度，相当于100个地球半径。这就意味着，月球也被包裹在地球的大气层中。

这一结论颠覆了以往人们对于地冕范围的认知：此前科学家估计地冕层约有9—10个地球半径高，月球距地球大气的最外层32—34万千米。

2020年以来，针对新一轮太阳活动峰年的到来，该研究团队还持续监测了太阳风及其对地冕的冲击作用。

“对大范围地冕的发现，进一步拓展了人类对行星大气构成和存在的认知，也拓展了对中心恒星与行星（如太阳与地球）大气相互作用的认知。”中国科学院国家天文台研究员平劲松向科技日报记者表示。

超乎想象 地冕高度可达100个地球半径

地球表面包围着的大气被称为大气层，从内到外分别为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。作为散逸层的一部分，地冕位于地球大气的最外层，一直延伸到行星际空间。

“该研究团队近年的空间观测发现，地冕层的高度最远可以延伸到100个地球半径，连月亮也不能置身其外。”平劲松指出，这一研究结论的关键依据，是美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）联合研制的太阳和日光层天文台SOHO，搭载的太阳风各向异性探测器SWAN载荷记录了太阳风和地冕氢气的互动数据，发现在距离地表63万千米的高度，依然存在太阳风与地球等离子体的相互作用。

他介绍道，地冕层主要散射来自太阳的远紫外线，自身还会发出微弱的紫外光线，但是同太阳辐射相比，地冕层发出的辐射微乎其微。地冕层的形状看起来有点像飞临太阳附近的彗星尾巴。

从构成成分上看，地冕层与地球大气其他层很不一样。例如，地冕层是以氢、氦原子和离子为主要成分的低密度气晕，而1000千米高度的地球大气层，主要由氮、氧、二氧化碳和水等分子，以及离子组成。此外，在地球下部大气和冕层之间，还存在等离子体层过渡带。

“大范围包裹地球的地冕，阻挡了吹向地球的太阳风，防止远紫外辐射直接到达地面，保护了地球这颗湛蓝星球的水圈和生物圈。换而言之，这种带有磁场的类地行星的冕，为保护行星表面可能存在的生命环境和生命自身提供了支持。”平劲松说。

值得一提的是，对大范围地冕的发现意义重大，更为行星科学增加了新的研究内容。“这项发现向科学家提出了全新的有待探索的疑问。例如，在行星从星子聚集坍缩成行星进而演化的过程中，星冕从何时产生、如何稳定存在？又如，类地行星的冕和气体行星的冕，在成分、演化上有何异同？”平劲松说。

与恒星冕迥异 地冕“寿命”仅几十天

不仅地球有冕层，太阳系中的金星、火星、水星和木星都有自己的行星冕。太阳作为一颗恒星也有自己的恒星冕，即人们熟知的日冕。

行星冕与恒星冕的区别很大。平劲松解释道，恒星，特别是如太阳这样年轻的恒星，在其最外层都存在一层比较厚的、很稀薄、密度极低的大气分层，这就是恒星冕。恒星冕的厚度可达几百万千米以上，温度可达几百万摄氏度或更高，能够完全电离其中的氢、氦原子，形成等离子体。恒星冕中主要是质子、高度电离的离子和高速的自由电子。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱中心恒星的引力束缚射向外围，形成恒星风。恒星冕中的气体源源不断地产生于底部的光球层，维持了恒星冕自身的存在。

“而行星冕中的离子会与恒星风质子进行电荷交换，导致其‘寿命’大约只有几十天，这也使得行星冕的大小范围受到限制。”平劲松强调。

由于上述区别，从天文观测角度，行星冕更难于被观察到，恒星冕的观测则更加容易。平劲松称，恒星冕不仅在光学波段有辐射，在射电波段也存在暴发辐射，因而可以在多个电磁波频段被人类观测到。不过，行星冕也并非神秘到不为世人所见，科学家们也曾利用多种探测器，一睹了行星冕的“芳容”。

“屏蔽”紫外波段 地冕加大天文观测难度

地冕吸收了来自宇宙空间天体的紫外辐射，阻挡了科学家从地面或从行星空间利用电磁波的紫外、特别是中远紫外波段，去观测宇宙星辰的机会。