关键词：科普；地球大气；地冕；太阳风

一个最近的观测研究结果显示，地球周围的气态成分可以延伸到630000km远的地方，也就是大概100个地球半径那么远，而地月距离是384402km，大约60个地球半径。

从这个角度看，月球其实也飞在地球的大气层中，只不过飞行高度比飞机高一些。

大气延伸

当大气向外延伸的时候，地球大气和背景行星际过渡的部分是一层稀薄的氢原子气体，这层氢原子气体从结构上来看非常像日冕，所以这一层又被称作是“地冕”（geo-corona）。而这个外层大气又被称作“外气层”（exo-sphere）。

外气层这个概念最早是由Lyman Spitzer提出的，用于描述离行星非常远的地方的、稀薄到可以近似认为无碰撞大气的区域。

从地球之外看，地冕是这个样子的：

上图为Apollo登月计划中拍的地球，

这是我们所已知的最有名的一张地冕存在的证据。

作为对比，这是一张日食时候的日冕

这个研究工作使用的数据是来自ESA/NASA 的SOHO（Solar and Heliospheric Observatory）卫星上的SWAN探测器。

这个SWAN探测器本来是用来探测太阳风中的各向异性成分的：

当然观测内容取决于探测器的指向，SOHO的SWAN探测器具有获取天空方向Lyman-alpha射线通量的能力。

在这个工作中的SOHO卫星的位置以及视线方向如下图所示：

这个时候，SOHO在看着地球，收集Lyman-alpha射线。

Lyman-alpha线是氢原子的电子从n=2轨道跃迁到n=1轨道的时候发射的光子谱线，波长是121.567纳米，对应的频率是2466061413187035Hz。

测量Lyman-alpha射线通量就可以表征稀薄氢原子气体中的氢原子密度。

不过还有一个问题，就是行星际背景还有很多氢原子，这些氢原子会叠加在视线里。

优秀的NASA工程师是用Doppler-shift来解决这个问题的。

在观测仪器前面加了一个H-cell：

H-cell 可以开可以关，在关闭状态下，H-cell里面是中性氢气，不会吸收Lyman-alpha线，这个时候仪器后端接受到的是完整的谱线。

而H-cell打开的时候，仪器会加热H-cell里面的氢气，使之变成氢原子，氢原子吸收Lyman-alpha线，导致仪器接受到的只有Doppler频移的部分。

这样就可以区分开视野中相对于探测器有沿视线方向移动的部分和没有沿视线方向移动的部分。

在实际观测中，背景星际中的氢元素都是有Doppler频移的，而观测对象相比于星际氢元素相对来说是位置相对固定的。所以前景中的Doppler shift比较小。

在发现地冕延伸的这篇论文里的数据可以作为一个很好的例子：

图左是H-cell关闭状态的，并看不出来什么结构，图右是H-cell打开的状态，去除了Lyman-alpha线的中心线成分，也看不出来什么结构（都是背景星体的结构）。

但当这两个模式的强度分布相减：

诶，地冕结构就非常非常的明显了。

PS：

SOHO是1995年发射的，而这个工作是最近才做出来的，很令人感叹的是用非常旧的数据做出了很新的科学。

作者在社交平台上评论“一般情况下几年前的陈年老数据是和新科学无缘的，而这个发现说明了二十年前的数据还是非常有价值的，同时也吹爆SOHO的观测能力”

“Data archived many years ago can often be exploited for new science. This discovery highlights the value of data collected over 20 years ago and the exceptional performance of SOHO.”

在这个大家都追求新仪器、新事件、新数据的时代，不妨也回头看看旧数据~

参考资料及图片来源：

[1] https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2018JA026136

[2] Wikipedia [solar corona]

[3] http://swan.projet.latmos.ipsl.fr/

[4] http://adsbit.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?2005ESASP.592..811K&defaultprint=YES&page_ind=0&filetype=.pdf

[5] Baliukin I I, Bertaux J L, Quémerais E, et al. SWAN/SOHO Lyman‐α mapping: the Hydrogen [6] Geocorona Extends Well Beyond The Moon[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2019.

[6] www.pexels.com

[7] giphy.com

（责任编辑：郭晋）

（转载自 石头科普工作室）