一项研究分析了来自二十年前的观测数据，提出了一个惊人的观点：地球大气层一直延伸到约 63 万千米处，月球也被包裹在大气层中。
撰文|张琪雅
编辑|戚译引
不管你还记不记得地理课本上对大气层的具体定义，你一定会觉得这个定义简直不可思议。不过，地球大气层的定义一向有着诸多争议，没准地理课本只是选了一个好记的（大雾）。
"航空"和"航天"的分界线
根据国际航空联合会（Fédération Aéronautique Internationale）的定义，海拔 100km 高度为卡门线（Kármán line），这是从"航空"过渡到"航天"的界线。当航天器发射后，为了保持飞行状态，飞船需要持续加速，直至切线方向上的速度达到第一宇宙速度后，航天器便可环绕地球飞行。而飞行器达到第一宇宙速度时，所处的高度差不多就是 100km。
然而，关于卡门线高度的争议却从未停止。有人统计了从 1951 年到 1962 年间出现的大约 30 种关于卡门线高度的不同意见，边界高度的定义范围从海拔 20km 到 400km，其中大部分的值位于 75-100km 之间。哈佛-史密森尼天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的天体物理学家 Jonathan McDowell 认为卡门线的高度应该是 80km，在 2018 年发表的一篇论文中，他分析了 43000 颗卫星的超过 9000 万个点坐标轨道数据，发现有 50 颗卫星可在 80km 的高度绕行地球。McDowell 提出的定义也得到了一些研究人员的支持。
卡门线的定义其实不完全是一个科学问题。在这样的空间边界以下，可以说这部分的空域属于在其下方的国家；而在空间边界以上，理论上是允许各国卫星自由飞行的。因此，对卡门线的定义多少会受到政治诉求的影响。
太阳有日冕，地球有地冕
天文学家试图用更加普适的标准来定义地球大气层，然而地球的大气层实际上比想象中更复杂，远远不是一条线所能界定。
天文学家 Lyman Spitzer 首次提出"散逸层"（exosphere）的概念，他指出，如果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现实中要高得多。
这一大气区域也被称为地冕（geocorona）。我们都知道日冕，它是太阳大气的最外层，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。而地冕与其相似，它以电中性的氢原子为主要成分，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交界的区域，有一片"氢原子云"，我们定义为地冕。
填充地冕的氢原子来自于地球大气。大气中的水和甲烷通过光解离产生氢原子，它们通过扩散作用向远离地表方向运动；到达逸散层底部时，它们将沿着原运动轨迹向太空发射。根据氢原子的速度不同，这时候可能发生两种情况：速度大于逃逸速度的氢原子在双曲线轨道上发射，永远告别了地球；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，其"寿命"大约为 20 天左右。
所以，在地冕这个区域，一部分氢原子离开了地球，留下来的氢原子也比较短命；这些因素都限制了地冕的大小，使它无法无限延伸。
地冕到底有多大？
要想测量地冕的大小，最直观的方法是在外太空中用航天器观测地冕发出的光。在 1972 年的阿波罗 16 号任务中，宇航员曾首次拍摄到地冕层的图像，但那一次是从月球轨道角度进行拍摄的，当时的宇航员可能并不知道其实自己并没有飞出地冕。
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