月球竟在地球大气层里面？你以为到了外太空，其实还在大气层
地球大气层的边界一直延伸到约 63 万千米处，连月球也被包裹在其中，是之前以为的距离的三倍多。这是一项发布在《地球物理研究杂志：空间物理学》上的研究，它们分析了二十年前的观测数据，提出了这个惊人的观点。
在我们平时的认知中，那条位于海拔100 km卡门线，被大部分人作为为外太空与地球大气层的界线的分界线，此线也是国际航空联合会所接受的。但实际上太空和地球大气层并没有明确的边界，大气层也不会在某个海拔高度突然消失。
而国际航空联合会之所以认可卡门线，是因为该线的判定标准为：飞机能够依其周围的空气，以低于轨道速度靠停留空中的界线。卡门线附近的大气密度如此之低，一旦超过就必须达到轨道速度才能停留，那里是航天的领域。
上图：卡门线附近的极光
因此，卡门线之上还有大气，分别是80千米至300 500千米的热层、与热层之上的散逸层。这里是人造卫星、空间站、火箭等的运行空间，也是最接近星际空间的地方。
由于这里依旧存在大气，所以包括空间站在内的所有人造飞行器，都会不断冲撞大气中的粒子并损失动能，最终向地球一点点地坠落。这也是导致他们重新进入较低的大气层中燃烧和坠毁的原因。
例如在约400公里高度轨道上运行的空间站，基本上每天都会掉落100-150米左右，因此空间站都有定期调整轨道的需求，从而实现不会掉落下来的目标。比如多年前的和平号太空站就是因为资金不足没有继续维护，因此它才会掉落大气层的。
而地球大气的最外层，则被称为散逸层，也被称为地冕，由天文学家Lyman Spitzer第一次提出。这位天文学家认为，大气层温度比较高，起码比我们认识的温度要高，这就会让轻气体逃逸，例如氢气、氦气。到了1955年，在80千米的高空，氢原子的赖曼a（La）辐射被发现，使得科学家确定氢原子在高层大气中是存在的，进而发现了地冕。
并且除地球之外，金星、火星、水星和木星都有自己的行星冕。这是一片充斥着大气中的水和甲烷通过光解离产生的氢原子，所构成的“氢原子云”。当这些氢原子通过热层扩散到散逸层底部时，会沿着运动轨迹射向太空。其中，那些速度大于第二宇宙速度的氢原子在双曲线轨道上发射，永远告别了地球。而速度小于第二宇宙速度的氢原子则返回到逸散层底部。
同时，由于氢原子会因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，导致其“寿命”大约只有 20 天左右。因此留在地冕中的氢原子不能无限累积，也使得地冕的大小被限制在一定范围内。
而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。因为太阳与特殊紫外线波长的氢原子相互作用而发光，其中最强的谱系称为莱曼系，该波段的光可被地球大气吸收，所以只有从太空中才能看到。
上图：阿波罗 16 号上的宇航员拍摄的地冕
1972 年的阿波罗 16 号任务中，宇航员首次拍摄到地冕的图像，但由于那一次是从月球轨道角度进行拍摄的，因此当时的宇航员可能并不知道自己其实并没有飞出地冕。于是1995年向太空发射了SOHO探测器，这是美国航空航天局和欧洲航天局的联合项目。旨在研究太阳，但也可研究地球大气散逸层。为此用上了纪录太阳风和地冕氢气互动的SWAN仪器。
SWAN的观察发现，地冕的范围差不多延伸到63万千米之外，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，月球也被包含在地冕之中。并且太阳风会在地球白天的那一面压缩氢原子，并在夜晚的那一面制造出一个密度增加的区域。
当然，这里说密度增加是相对的。在白天的一面，在距离地球6万公里的地方，每立方厘米总共有70个氢原子，而在月球轨道半径上（距离地球38.4万公里），每立方厘米只有0.2个氢原子。因此地冕的形状看起来有点像彗星的尾巴。
上图：地冕观测示意图（未按比例绘制），图中地球周围的浅色区域为地冕。
这项研究也证明，直到如今还没有一个人类能够真正离开地球。而真正离开地球，也就只有未来人类踏上火星的时候了。
延伸阅读
如同地冕一样，太阳也有日冕。是指太阳大气的最外层，分为内冕、中冕和外冕，厚度可达几百万公里以上，且温度极高，有100万摄氏度，粒子数密度为每立方米1015个，比地球要高得多。直径大致等于太阳视圆面直径的1.5 3倍以上，只有在日全食时才能看到，形状随太阳活动大小而变化。
