月球原来一直在地球大气层里面：大气圈气尾的存在和旋转 

                                                                 杨学祥

关键提示

       太阳风压缩大气层形成臭氧洞和气尾

       根据地球公转轨道，秋分（9月22-24日）到冬至（12月21-23日），南极的极昼使太阳辐射对南极最强，产生南极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）；春分（3月20-22日）到夏至（6月21-22日，北极的极昼使太阳对北极辐射最强，易产生北极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）。由于地球近日点在1月3日或4日，远日点在7月2日或3日，这是南极比北极更容易出现臭氧洞的原因，也是臭氧洞季节性变化的原因。

臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现。特别是，由于没有达到臭氧洞低浓度的标准，臭氧洞没有出现，但是北极臭氧稀薄区在3月和南极臭氧稀薄区在9月也会周期存在，从而形成每年3月和9月两极地区的臭氧稀薄区变化周期。这是冠状病毒季节性爆发的原因。

每年3月和9月的臭氧洞漏能效应，相当于大自然对地球的两次大规模消杀病毒过程，对冠状病毒的抑制或杀灭作用不可忽视。

      事实上，地球南北极都出现过臭氧洞，证实了我们的理论。彗星的轨道是一个偏心率很大的椭圆，受太阳风压力作用，在近日点彗尾最长，在远日点彗尾最短。同样，地球轨道也是一个椭圆，在近日点气尾最长，在远日点气尾最短。这是南极臭氧洞比北极臭氧洞面积大，存在时间长的原因（见图1）。

图 1  太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）和极夜时气尾

     据任振球的研究，木星、土星、天王星和海王星使地球冬至时的公转半径发生相当稳定的准周期变化，与全球尤其北半球气温变化的间隔60年振动相一致。在本世纪初的低温期和60~70年代相对偏冷期，当时（1901和1960年）地球冬至时的公转半径分别延长了94(相当于日地距离的0.6%)和57万km；在30~40年代和80年代后的暖期，地球冬至时的公转半径（1940和2000年）分别缩短了76和44万km。2000~2020年地球冬至时的公转半径由极小值变为极大值，他推测2020年前后全球气候将进入相对冷期。

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      这是2020年地球南北极都出罕见臭氧洞的天文原因。太阳风压缩大气层，背光方向形成气尾，向光方向形成臭氧洞（或臭氧稀薄区）。这是大气异常流动的结果。    

       两极臭氧洞首先是自然的产物。极夜和极昼的交替，极涡和低温条件，火山灰向极地的集中，臭氧洞在南北两极的轮换，都是自然规律运作的结果，远非人力所能控制。

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       同理，太阳风也压缩了海洋圈，形成背光的海洋尾。

       由于地球自转，除了两极地区外，地球背光的大气尾和海洋尾是绕固体地球由东向西旋转的。太阳风压缩大气圈和海洋圈因为7-9天周期的波动，会显著的影响赤道太平洋的气流和海流，进而控制厄尔尼诺指数变化。

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相关证据

月球原来一直在地球大气层里面

人民资讯2021-10-18 12:11

「本文来源：羊城晚报」

□克莉斯汀

一项研究最近分析了来自二十多年前的观测数据，提出了一个惊人的观点：地球大气层一直延伸到约63万千米之外。也就是说，其实月球一直被包裹在地球的大气层中。

最近几位刚实现了“太空旅行梦”的地球人，难道从来没有真正离开过地球？！

迟了20年的数据分析

这项最新研究的数据竟是来自一艘早在1995年发射升空的太空飞船Solar and Heliospheric Observatory（以下简称SOHO），而且分析的还是它在1996年-1998年间收集到的数据。

由欧洲航天局及美国太空总署共同研制的SOHO本身是一个太阳和太阳圈探测器。它除了作为研究太阳活动的重要探测器，也一直在帮助天文学家们进行空间天气预报。尽管它原计划使用寿命只有三年，但至今它仍在太空中兢兢业业地工作着，并已正常运行了20多年。

它搭载的设备包括十二个主要的仪器，每一个都能够独立地观察太阳或者太阳的某个局部，并收集数据。其中的部分仪器还能将观察结果以图片形式保存下来。而这些数据大部分都是公开的，人们可以在相关互联网站上搜索到并用作公共研究用途。

只不过，到目前为止，它收集的许多数据仍未得到分析，比如这次被关注的日冕和地冕相关信息，就来自于它20多年前已收集到的数据。

地球大气层与地冕的边界

我们都知道太阳有日冕，是太阳大气的最外层，它属于太阳的一部分，是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。不少行星的高层大气也发现由氢原子和氦原子组成，形成行星冕。对行星大气的探测中已观测到金星、火星、水星和木星大气的氢原子和氦原子的辐射。

地球也有地冕。它通常是指在地球的大气层与外太空交界的区域，是一片氢原子为主要成分的“氢原子云”形态，包括地球大气逸散层最虚无缥缈的一部分。

1972年的“阿波罗16号”任务中，宇航员曾发布过一张首次拍摄到的地冕层图像——但现在看来，那可能只是地冕局部，因为当时宇航员可能仍身处地冕中。如果此次数据分析是准确的，那么可以说，直到今天还没有一个人类真正离开过地球。

要确定地冕的边界并不容易。

早前，关于世界首富乘坐载人飞船完成首次太空旅行的新闻轰动一时。人们在读新闻的过程中了解到一个并不常见的名词：卡门线。根据国际航空联合会的定义，海拔100千米高度即为卡门线所在位置，这也是通常人们认为的从“航空”过渡到“航天”的界线——卡门线是通常意义上的地球大气层的最边缘，也是地冕的边界。

但关于卡门线的定位高度其实一直有诸多争议。有人统计过，从1951年到1962年间，大约出现过30种关于卡门线高度的不同说法，这个高度的定义范围从海拔20千米到400千米，目前所说这个100千米只是其中被大部分人认同的一个平均数值。

如何观测地冕？

填充地冕的氢原子主要来自于地球大气。大气中的光解离反应产生氢原子，它们会通过扩散作用向远离地表方向运动，一部分氢原子的速度大于逃逸速度，会发射到太空去；另一部分由于速度小于逃逸速度，又回到地球大气的逸散层底部。

留在地冕中的氢原子又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——这个过程其实刚好保护了地球，它阻挡了吹向地球的太阳风，防止远紫外辐射直接到达地面，同时还会产生一种发光的自然现象，就是“极光”。由于地球磁场作用，这种自然现象多出现在南北两极高磁纬地区。但通过远紫外线照相摄谱仪，其实可以发现地冕中到处都可能会产生这种电离过程中的发光现象。地冕就这样可以被观测到了。

SOHO上的观测仪器正是过滤掉来自更远的外太空的莱曼阿尔法辐射，精确地测量到来自地冕的光线，人们这才发现这种由于超紫外辐射引起感光的地冕部分，竟可扩展到地球以外63万千米的高空——在距离地表63万千米的高度，依然被发现存在着太阳风与地球等离子体的相互作用。

月球一直包含在地冕中？

63万千米的距离，相当于100个地球半径；而月球轨道相当于60个地球半径，也就是说，月球其实是被包含在地冕之中的。

不过研究人员发现，虽说在月球高度中，但地球的大气数量微乎其微，几乎可以忽略，所以虽然地冕层也是一个紫外线辐射源，但同太阳辐射源相比，地冕层发出的辐射也几乎可以忽略。不过，通过紫外线光波段观测天空的仪器可能需要微调，以便更精准地进行深空观测。

此外，研究人员表示，由于太阳光压的影响，地冕的形状看起来其实有点像彗星的尾巴。因为在朝着太阳的一侧，地冕层氢原子被阳光“压缩”；在背对太阳的一侧，氢原子的密度整体上也要更大一些。

这个大范围地冕的发现显然意义重大，不仅让我们知道地球有了更大范围的大气层保护，同时也对“冕”的内容与意义了解到更多，为行星科学增加了新的研究内容。

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