地球大气大气层最高层多少米的高度?

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-02-01 14:00 标签： 大气层最高层多少米
（版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们）审核专家：占明锦中国气象科学研究院博士前段时间，新闻上报道了这样一则消息，中国科学院国家空间科学中心检测到地球上出现了一次特大地磁暴。这次的地磁暴有多大？它是第25太阳活动周里，至今出现过最强的地磁暴。在它的影响下，在中国新疆和漠河等地还能看到美丽的极光。来源丨新闻图片事实上，早在今年的3月份，也曾报道过一次较大的地磁暴。多个地磁暴相继出现，会对我们的生活造成什么影响吗？地磁暴究竟是什么来头？有传言还宣称，再过不久，地磁就会发生反转，这又是怎么一回事？真相到底如何，赶快跟随小编来看一看。什么是地磁暴？在详细解答这个问题之前，我们先要了解地磁是如何产生的。地球的地核包括内核和外核两部分，内核温度最高，为固体；外核温度次之，充斥着大量以铁镍为主的流体。这些流体带有磁性，在地球自转和高温作用下进行对流运动，会引起电磁感应，进而产生地磁。地磁产生至少有约35亿年历史，它通过地球内部延伸到宇宙中，形成地球磁层，这个磁层可以阻挡太阳风的侵害，保护地球的大气层和自然生态。地球磁场视觉效果示意图 来源丨NASA而地磁暴，就是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。它有专门的强度等级，研究中常用Dst指数来分级，在实际的预警应用中则采用Kp指数来分级，Kp指数最高是9级，属于特大地磁暴级别。与地磁暴有关的太阳爆发活动有两种，分别为太阳耀斑和日冕物质抛射。太阳耀斑（Solar flare）即太阳局部区域发生剧烈爆发，产生强烈闪光的现象。依照太空观测卫星（GOES）在地球附近测量的X射线峰值通量（波长在100至800皮米之间），将太阳耀斑分为了A、B、C、M、X五个等级。每一级再细分为1-9阶（X级除外），目前X级的最高值已经记录到X-28。当爆发太阳耀斑时，会在短期内释放出大量的能量，产生多种高能电磁辐射，如γ射线、X射线等。这些辐射到达地球会影响地球的电离层，对磁场产生干扰；这个过程中还会产生高能的带电粒子，也会产生辐射干扰。来源丨百度百科日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）即太阳表面日冕层向行星际空间抛射日冕物质和等离子体的现象。这些日冕物质和冕洞高速等离子体物质会以每秒数百千米的速度撞击地球的磁层，导致磁层出现明显的压缩变形，进而引起地球磁场剧烈扰动，产生地磁暴。日冕物质抛射 来源丨百度百科也就是说，在太阳耀斑与日冕物质抛射的共同作用下，会导致剧烈地磁暴的产生。本文开头新闻中提到的特大地磁暴，就是一次由M1.7级耀斑和全晕日冕物质抛射联合引起的现象。地磁暴的影响在地球上，地磁暴带来的最直观影响就是极光。当地磁暴发生时，地磁中的带电粒子会沿着磁力线进入地球的大气层中，导致大气层分子与原子之间碰撞激发产生“荧光”，也就是我们常说的“极光”。2023年新西兰南岛西海岸福克斯冰川的南极光 来源丨新华社极光主要出现在南极圈和北极圈附近，越靠近赤道的中低纬度地区，极光越罕见。只有当带电粒子流强度足够大时，与地磁作用下产生特大地磁暴，那么在中低纬度区域才可能见到极光。但是目前极光无法被精准预测，也许到南北极圈待上十来天，也可能见不到极光。极光虽美，但地磁扰动却会对许多人类活动造成不利影响，尤其是通信行业。太阳耀斑爆发时发出的电离辐射会干扰地球大气的电离层，引发电离层闪烁及电离层延迟等，进而影响到无线电通信和GPS导航定位系统，导致定位错误或中断。此外，地磁暴还会导致地面电网、石油管线等运输线路形成感应电流，容易引起电网跳闸等事故。如1989年，加拿大魁北克地区持续12个小时的大规模停电事故，就是由于地磁暴引起的。地磁暴还会对航天器运行造成影响。地磁扰动会引起大气密度变化，进而导致大气阻力增加，使得卫星尤其是低轨卫星的轨道高度下降，降低卫星寿命。1973年美国发射的Skylab（天空实验室）卫星，当时预计该卫星能够运行10年之久。但是，后续由于多个地磁暴陆续出现，导致其飞行阻力变大，仅四年之后卫星就脱离了稳定状态，1979年坠入大气陨落。人造卫星 来源丨百度百科地磁暴还会对一些动物活动产生影响，如信鸽、海龟这类靠地磁场来感应方向的动物，当磁场发生紊乱时，就会导致它们的行进、迁移路线发生改变。那么，有什么方法可以及时检测地磁暴的发生呢？地磁暴预警方式2021年，我国发射了首颗太阳探测试验卫星——“羲和号”，可用于观测太阳大气活动，对地磁暴进行预警，以便及时做好预防措施。“羲和号”上搭载了太阳Hɑ成像光谱仪，可以探测到Hɑ（氢阿尔法）谱线，对太阳进行扫描“拍照”。Hɑ谱线是太阳活动在低层大气里响应最强的一种谱线，它可以直观地反映出太阳爆发的源区特征，有助于科学们正确掌握太阳爆发的物理机制。“羲和号”扫描图像 来源丨国家航天局通过分析扫描到的太阳图像，科学家们就能了解到太阳爆发时的大气温度、速度等的变化，从而搭建起太阳爆发过程中的完整物理模型。2022年，“羲和号”第一次成功扫描了太阳Hɑ波段光谱。目前，“羲和号”每扫描一次太阳全日面只需要46秒，效率很高。此外，国家空间天气监测预警中心还专门研究了一套卫星轨道预报方式。将地磁暴对于卫星的影响因素综合考虑，使得卫星预报得以高效有序的进行。有些人担心，地磁暴出现次数多了，会导致地球磁场产生变化。事实上，地球磁场一直都处在变化之中，平均每一百万年，地磁的方向就会倒转4-5次，每次倒转后持续时间从几千年到几万年不等。地球磁场示意图 来源丨百度百科目前，关于地磁倒转的原因尚没有明确的科学研究证明。对于人类而言，地磁身上还有着许多的秘密未曾挖掘出来，随着科学技术的不断突破发展，相信在不久的将来，我们一定能揭开地磁的那层面纱。来源：科普中国
地球周围有着一层超厚的大气层，厚度大约为1000千米左右，大气层对于人类乃至动物来说都是相当重要的。假如没有大气层，人类没有诞生的可能性。我们天天生活在大气层中，大家有没有想过，我们的大气层到底有多厚呢？按照温度的变化规律，我们的大气层一共分为五层，包括对流层，平流层，中间层，热层，散逸层。我们先来说说不同高度的大气层是如何测量的。由于测量不同高度的大气层，需要人类或者飞行器能达到相应的高度，因此测量不同高度的大气层和人类航空航天器的发展是紧密相连的。18世纪在发明了热气球之后不久，就有科学家乘坐热气球去实际测量大气的温度，然后发现直到10km左右的高空大气的温度都是随着高度的升高而降低的。10km以上的高空，氧气过于稀薄，气温也十分低，在当时没有任何的保护措施下，科学家已无法乘坐热气球前往更高的高度了。科学家用热气球进行高度和温度的测量20世纪初，探空气球的发明给科学家们的科研活动提供了新的可能。1902年，法国和德国的科学家利用探空气球几乎同时发现，在超过10km的高空后不久，大气的温度并没有一直降低，反而会有上升，这就是平流层的发现。平流层最高可达50km左右。20世纪初发明的探空气球都不可能达到这么高的高度。因此关于更高气层的研究一直无法进行。中间层的高度一直持续到80-90km左右，这个高度也就仅仅比V2火箭的最大飞行高度低一点，因此中间层后面的热层以及散逸层的发现都是航空火箭和人造卫星之后的事了。因此大气层的高度，或者说厚度其实是人类通过不同的航天器给出的测量数据来估算出来的。V2 火箭总的来说根据不同高度温度的变化，科学家把大气层一共分为五层，包括对流层（0-10km左右），平流层（10-50km左右），中间层（50-85km左右），热层（80-800km左右），散逸层（800-2000或者3000km左右）。温度在不同区域的变化示意图如下图所示：不同高度的大气层的温度变化以及相关天文现象一般飞机的巡航高度就在对流层和平流层的交界处附近，温度比较低，但是如果再往高处飞的话，会进入平流层。由于平流层存在大量的臭氧，因此会吸收大量的紫外线辐射，温度就会逐渐升高而不是下降。另外，不同层面的分界并不是很明显，会受不同的经纬度的影响，因此给出的数值也是一个估计，不同文献上也可能会有一些差别，但是总体不会差很多。因此说地球大气层的厚度在1000-3000千米之间都是可以接受的。我们地球的大气层外界并没有一个明确的边界，我们并不会在到达某个高度之后突然进入太空，大气层的密度是随着高度的增加而不断减少，最后变得非常低，但不会是零。例如在100km的高大气密度约为地面的200万分之一，在200km的高空上大气的密度就只有地面的百亿分之一了，超过300千米之后，大气的密度会低于地面密度的千亿分之一。在超过300千米的高空当然也能检测到大气层，只是密度非常低，甚至在10000千米的高空也是能检测到大气分子的，只是在那个高度大气分子和太阳风吹出的粒子已经融为一体很难区分了。总之，我们可以看到，大气层的厚度的确定并不是一蹴而就的，而是一个渐进的过程。这其实和大多数的科学研究是一样的，要想取得大的研究成果，就必须不断的学习前人积累的知识和经验，然后才有可能最终在前人的基础上更上一层楼。地球表面有着一层1000千米左右的大气层，这是地球上所有生物乃至人类得以生存发展的必要条件。正是在大气层的作用之下，地球才会有了氧气，地面的温度也可以保持在合适的范围之内。当太阳光照射地球的时候，大气会吸收反射一部分，让太阳的能量减弱一部分。而太阳辐射的强度实际上是跟随着大气层的变化有所不同。白天时候，太阳照射在地面上，大气让太阳的能量均匀扩散开来，地面的温度也就不会大起大落，会比较均匀同时比较缓慢的逐渐升高。而夜晚的时候，反应和白天正好相反，地面会将白天获得的能量在空气中散开，在大气层的作用下这种过程也是缓慢而持续的，所以即使是夜晚，地面温度也不会达到一个很低的界限。大家不要小看这个反复的过程，正是大气的这种相关作用，让地面温度保持在一个和谐的范围。既不会超高让人受不了，也不会极度低下。除了这些之外，太阳系实际上并不安定，时刻会有各种石头飞向地球，很多都在地球的引力之下以极快速度向着地球奔去。但是大气层成功阻挡了石头的去路，让它们发生了剧烈摩擦，最终自燃。很多流星实际上都是这些外来飞客，它们因为大气层减慢了速度并且不由燃烧起来。除之之外大气层成功吸收掉其他恒星或者星系发出的有害射线信号等等，让地球环境保持在一个温度的界限。假如没有地球大气层，那么人类很有可能就不复存在了。当然并不只有地球一个星球拥有大气层，像火星、土卫二等都拥有大气层，但是没有哪一个大气层是正好适合人类的。

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