地球大气层到底有多厚？科学家最新判断：月球都被地球大气层包围

地球是一个拥有生命、具有勃勃生机的星球，能够支撑生命诞生的基本条件，除了液态水、磁场和适宜的温度以外，含有适量氧气的大气层也至关重要。大气层不但为地球生命的诞生和繁衍提供氧气、二氧化碳、氮气等物质资源，同时也保护着地球免受或者减弱地外小行星的撞击影响。

虽然大气层中的气体物质较轻，但作为整体存在，它们仍然会受到地球重力的影响，距离地面越近，则气体的密度越大，产生的大气压强就越大。而距离地面越远，由于受到的引力影响逐渐减弱，气体物质的密度就会逐渐减少，大气压强持续降低，直至接近真空状态。那么，地球大气层的厚度到底有多大呢？

其实，很早以前，人类就对大气层的厚度数值感兴趣。连同其他自然地理和天文现象一起进行了持续不断地研究。最早关于地球圈层结构的描述，可以追溯到约2500年前的古希腊时期，亚里士多德曾经做过推想，人类脚下的地球由四个“实层”和一个“虚层”所构成，其中四个“实层”从上到下依次为火层、气层、水层、土层，一个“虚层”则位于火层以下，是一种虚无缥缈的存在。只不过，当时亚里士多德并未就每一个层级的厚度作出推测。

到了近代，随着人类物理科学和观测技术的不断提升，人们对地球本身的认知发生了翻天覆地的变化。1644年，意大利物理学家托里彻利和维瓦尼，应用实验的方法确认了大气层存在重量这一重大结论，由此推测出地球的大气层必然存在着一定厚度，最后通过实验推测出大约8公里的数值。

然而，8公里的数值肯定不是大气层的精确上界。随着气体物理科学、航天技术的发展，科学家们有条件进行更加深入地探索。到上世纪40年代，人类掌握了火箭发射技术，利用火箭，人们将大气层的上界拓展到400公里以上。

随后，又随着空间技术的进步，特别是意识到极光现象的产生，是地球大气层参与的这一结论之后，人们又把距地面1200公里左右的高空，即产生极光的地方，视为地球大气层的边界。

上世纪中叶，美国科学家施皮策在以往研究的基础上，提出了地球“外大气圈”的概念，将距地面500-1600公里的区域视为外大气圈，认为1600公里高度或许就是地球的大气层边界，在这个高度上，大气组成物质已经与宇宙空间逐渐融为一体了。

目前，科学界对于大气层厚度的主流观点，认为其高度的界限，应该处于距地面2000-3000公里。划分的依据是针对高空地球大气与星际空间中，中性气体物质的平均密度对比而得出的。按照星际空间内中性气体物质密度每立方厘米存在1个的这个标准，在距地面2000-3000公里高度的地外空间中，正好与这个数值相吻合。

“地冕层”

随着地外探测技术的飞速发展，科学家发现，在远离地球的星际空间，其中性气体的密度，要远低于每立方厘米1个的这个标准，所以，科学界越来越觉得地球大气层的厚度，仍然要比想象中的更加复杂，从地球到星际空间的过渡带，也势必会相当长，绝非一条界限所能够划分得清楚的。

于是，科学家们试图利用宇宙中更加具备普遍性的标准，来定义地球的大气层。在上世纪中叶时，斯皮策所提出的“外大气圈”概念，用现在地理书籍中的术语表示，就是我们所熟知的“散逸层”。在散逸层中，大气的密度已经变得非常稀薄了，这些仅存的微量气体，在太阳辐射和宇宙射线的作用下，大部分都发生了电离，使得这层结构中，单纯的质子、氦原子核的含量，大大超出中性氢原子的数量。由于受到地球的引力变得很小，所以散逸层中被电离的物质，有一部分会被进一步激发从而逃脱地球的束缚，飞入宇宙空间中去。

但是，关于散逸层的上边界到底延伸到哪里，至今也没有定论。于是有科学家运用太阳“日冕”的概念，将其应用到地球的大气层中，提出了“地冕”的概念，来形容包围地球的、非常稀薄、处于电离状态的“氢原子云”层。

构成“地冕”的“氢原子云”层，主要是质量最轻、密度最小的氢原子，它们来源于地球大气层中的水蒸气、甲烷等含有氢元素的气体物质，当在高空中，受到太阳辐射的影响而发生电离，氢原子被“释放”出来，一部分沿着原有运动速度和轨迹逃离地球，一部分则返回地球散逸层的底部，等待着下一次的“飞升”，另外还有一部分则短期地保留在了散逸层的“地冕”之中，发生着循环往复的与太阳风交换电荷的使命。

正是由于散逸层的上部与宇宙空间的过渡带实在太长、而“地冕”层由于组成物质的周期性不能大幅度延伸的这一结果，所以，有科学家将可以通过实验获取其厚度数据的“地冕”层，作为地球大气层的边界。

“地冕”层的上界到底在哪里？

高空处的氢元素，会与来自太阳的紫外线等高能辐射发生散射现象，继而发生辉光。其中发出光线的最强谱线为莱曼阿尔法辐射，是氢原子中的电子，从主量子数 n = 2 跃迁至 n = 1 时发出的。科学家们正是利用这一特性，从而来测定“地冕”的界限。

该项任务自然落到了可以高效探测星体周围等离子体的SOHO探测器，这颗探测器是于1995年开始发射的，围绕太阳进行运行，主要任务是对太阳的结构、日冕层、太阳风等开展研究，由于上面携带了可以过滤来自其它遥远天体发出的莱曼阿尔法辐射，所以可以很精确地测量日冕的情况。而这个探测器的一个附属任务，则是对“地冕”进行观测，虽然在“地冕”中发生的莱曼阿尔法辐射传到探测器上已经很微弱了，但是由于探测器接收信号的超灵敏性，使得我们准确了解“地冕”的边界成为了现实。

根据监测的结果，“地冕”的上边界，可以延伸到距离地面63万公里左右，这个数值几乎是地球直径的50倍，也大大超出了月球和地球的距离。所以，从对“地冕”的最新研究中，我们可以认为，地球的大气层的可测上边界，就是“地冕”的上界，即63万公里的区域，从某种意义上来说，月球都被包含在地球的大气层中，而我们人类，到目前为止严格来说还没有真正离开过地球。