大气中的气体虽然较轻,但整体上仍然受到地球引力的影响。离地面越近,气体的密度越大,产生的大气压也越大。随着与地面的距离逐渐减弱,气态物质的密度会逐渐减小,大气压也会不断降低,直至接近真空状态。那么,地球的大气层有多厚呢?
事实上,人类很早以前就对大气层的厚度产生了兴趣。它与其他物理、地理和天文现象一起不断被研究。对地球球形结构的最早描述可以追溯到大约2500年前的古希腊时期。亚里士多德曾推测,人类脚下的地球由四层“真实层”和一层“虚拟层”组成,这四层“真实层”从上到下分别是火层、空气层、水层和土壤层。一层“虚层”位于火层之下,是一种飘渺的存在。不过,亚里士多德当时并没有推测出每一层的厚度。
近代以来,随着人类物理科学和观测技术的不断提高,人们对地球本身的认识发生了翻天覆地的变化。 1644年,意大利物理学家托里拆利和维瓦尼用实验方法证实了大气有重量的重要结论。由此,他们推测地球的大气层一定有一定的厚度。最后,通过实验,他们得出的结论大约是8公里。
不过,8公里这个数值肯定不是大气层的准确上限。随着气体物理科学和航天技术的发展,科学家们有能力进行更深入的探索。到了20世纪40年代,人类已经掌握了火箭发射技术。利用火箭,人们将大气层的上限扩大到了400多公里。
随后,随着太空技术的进步,特别是认识到极光的发生是由地球大气层引起的之后,人们开始将极光发生地距地面约1200公里的高度视为地球大气层。边界。
上世纪中叶,美国科学家斯皮策在前期研究的基础上提出了地球“外层大气”的概念。他将距地面500-1600公里的区域视为外大气层,并认为1600公里的高度可能是地球的外大气层。在大气层的边界,在这个高度,大气成分已经逐渐与宇宙融为一体。
目前,科学界对于大气层厚度的主流观点是,其高度上限应为距地面2000-3000公里。划分的依据是基于高空地球大气层和星际空间中中性气态物质的平均密度的比较。按照星际空间中性气体物质的密度为1/立方厘米的标准,在距地面2000-3000公里高度的地外空间中,正好符合这个值。
“地冕层”
随着地外探测技术的快速发展,科学家发现,在远离地球的星际空间中,中性气体的密度远低于每立方厘米1个的标准。因此,科学界越来越相信,地球大气层的厚度仍然比想象的更加复杂,从地球到星际空间的过渡带也必然相当长,无法用单一的边界来明确划分。
因此,科学家试图用宇宙中更通用的标准来定义地球的大气层。上世纪中叶,斯皮策提出的“外层大气”概念,用今天地理书籍中使用的术语来说,就是我们所说的“外逸层”。在外逸层中,大气的密度变得非常稀薄。这些残留的微量气体大部分在太阳辐射和宇宙射线的作用下被电离,使得这一层的结构由纯质子和氦组成。原子核的含量大大超过中性氢原子的数量。由于地球的引力变得很小,外逸层中的一些电离物质将被进一步激发,逃离地球的约束,飞向太空。
然而,关于外逸层的上边界延伸到哪里仍然没有定论。于是一些科学家将太阳“日冕”的概念应用到地球大气层中,提出了“地日冕”的概念来描述围绕地球的非常薄的、电离的“氢原子云”层。
正是由于外逸层上部与宇宙之间的过渡带太长,而“地冕”层又因构成材料的周期性而无法大幅延伸,一些科学家才得以获得其厚度数据。通过实验。 “地冕”层是地球大气层的边界。
“地冕”层的上界到底在哪里?
氢元素在高空会受到太阳紫外线等高能辐射的散射,从而产生辉光。发出光的最强谱线是莱曼辐射,当氢原子中的电子从主量子数n=2跃迁到n=1时就会发出这种辐射。科学家利用这一特性来确定“地冕”的边界。
这项任务自然落到了SOHO探测器身上,它可以有效地探测恒星周围的等离子体。该探测器于1995 年发射,绕太阳运行。其主要任务是对太阳、日冕、太阳风的结构进行研究。因为它携带着可以从其他遥远天体滤除的莱曼辐射,所以可以非常精确地测量日冕的情况。该探测器的一个辅助任务是观测“地球日冕”。虽然“地球日冕”中产生的莱曼辐射到达探测器时非常微弱,但由于探测器接收信号的困难,超灵敏性使得我们准确了解“地日冕”的边界成为可能。
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用户评论
哇,真没想到月球也会被地球大气层包围,这真是太神奇了!
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一直以为大气层只有保护地球的作用,原来月球也被保护着。
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这个发现太有意思了,没想到地球大气层竟然这么强大。
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原来地球大气层这么厚,难怪月球会被包围。
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这个标题让我想起了小时候的天文课,感觉又学到了新知识。
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地球大气层包围月球,这让我想起了科幻电影里的场景。
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这个事实真是太有趣了,没想到月球也会受到地球大气层的保护。
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我一直以为月球没有大气层,现在才知道原来地球大气层这么神奇。
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这个发现太重要了,可以让我们更好地了解地球和月球的关系。
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地球大气层包围月球,这让我对地球有了更深的认识。
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没想到地球大气层的作用这么大,难怪人类能在地球上生存。
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这个标题让我对地球和月球的关系产生了浓厚兴趣。
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这个事实让我对地球大气层有了全新的认识,太震撼了。
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这个发现真是太神奇了,地球大气层的作用真是太强大了。
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没想到月球也会受到地球大气层的保护,这让我对地球有了更深的敬畏。
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地球大气层包围月球,这让我对地球和宇宙的关系有了更深的理解。
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这个标题让我想起了地球的神奇之处,地球真是太伟大了。
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地球大气层包围月球,这个事实让我对地球的神秘感更加强烈。
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