大气外层的“ 灯火 ”——极光与地磁

如果在远离地球的卫星上观看地球，你会看到地球的外部蒙着一层白蒙蒙的“面纱”，好像是一个身穿湛蓝裤、碧绿袄的小姑娘，手拿一块白色透明的纱巾在飞跑着、旋转着。亲爱的同学们，你有没有想过，如果撩开地球的面纱，那海洋还会那么湛蓝吗？那陆地还会那么碧绿吗？那些分布在地球各个角落的人类和动植物还会那么兴旺吗？

不会的。如果没有这层面纱，地球上的海洋就无法形成，即使形成了，也不会有那波涛汹涌的海水；如果没有这层面纱，就不能隔阻来自太阳的强烈辐射，生命也就不会出现，即使出现了，也不能长时间在紫外线下存活；如果没有这层面纱，天外千万颗小行星就会把地球砸成月亮那样，布满了千疮百孔的环形山。可见，这层面纱对于地球是多么重要！

这洁白美丽的“面纱”就是大气。

1958年，一个关于地球外太空出乎意料的重大发现，震惊了科学界的人士。美国一个科学研究小组的领导人詹姆斯·范·艾伦博士宣布，美国“探险者”号卫星及“先锋号”卫星，在地面上空的地球磁场内，发现了两条宽大的辐射带。这两条辐射带被命名为“范艾伦辐射带”。卫星进一步的探测表明：那不是两条各自独立的辐射带，而是一整条由离地面970千米起，向上延伸至64000千米止的巨大辐射带。这就是后人称为“磁层”的辐射带。磁层是大气最外层——散逸层的一个组成部分，它对于地球来说，是一个安全保护网，可以使地球免受宇宙空间袭来的致命辐射线的伤害。而磁层的形成，则得益于地球这块巨大的磁体。

磁针指向北方，在今天是无人不知的事实。而发现地球有磁场这件事的，正是我们中国人。在公元前3世纪的战国时期，我们的祖先就已经知道了天然磁石有吸铁性和指向性。当时的人们，把具有磁性的小石头底部磨圆，放在光滑的台子上使之旋转，发现最后小石头总是指着一定的方向停下来。这说明地球上有磁场存在。人们依着这个特性造出了能指示方向的工具。这就是古代中国对世界文明史有着重大贡献的四大发明之一——指南针。

靠着中国人发明的指南针，人类借助磁场，扩展了他们在地球上的活动范围。从这个意义上讲，地球被一个大磁场包围这一事实，对世界史的发展产生了莫大的影响。

太阳系中，一种叫做太阳风的高速粒子流，在太阳的强大磁性作用下不断从太阳中喷出。太阳风以每秒500千米的速度，刮过地球附近的太空，直至木星一带。地球就绕行于这种稀薄而能量极高的粒子流中间，地球的磁场形成了阻挡高速粒子的磁性层，挡住了太阳风向大气深部的侵袭。这犹如石头抗拒河流，将流水挡住一样。

太阳风吹向地球时，朝着太阳一面的地磁场压缩，磁力线都向后弯曲；背着太阳的一面，磁场则像风帆那样拖了个长尾巴。地球磁场改变了太阳风的风向，防止它直接刮进地球。大部分辐射粒子在磁场中沿着磁力线来回做螺旋运动，永远不会到达地面上。此外，由太空深处射来的较弱的宇宙射线，绝大部分也都为这一磁性层所阻挡而转移了方向，只有较强的宇宙射线才能穿过磁性层到达地面。

磁场并非肉眼可见，它只能借助科学仪器的测量而显现出来。但在磁性层中，却有一种点缀极地夜空的瑰丽光芒——极光。极光本身所显现的虽然不是地球的磁场，但却是一种由磁场所形成的极地夜空的华丽灯火。

科学家们从1957年起就有组织地对高空和宇宙进行探测，运用高空大气探测仪、火箭、宇宙飞船和高空飞机等搜集天文、地球物理和气象等各方面的资料，发现太阳大气和宇宙大气对于地球的大气有重要的影响。一个太阳耀斑突然喷射出高出太阳表面80000多千米的巨大宇宙火舌，然后又同样突然地平息下来。几乎就在同一瞬间，地球被阳光照射的那一半球上，所有的无线电短波通信都中断了。高能粒子流冲击地球大气，其他电离粒子大约在一天之后到达大气层，造成磁暴和极光。

极光是由太阳喷出的高速粒子造成的。这种高速粒子先是被地球磁场捕获而蓄积于磁性层的内侧。当太阳的活动趋于活跃，贮存于地球磁性层中的粒子就沿着地球的磁场进入地球两极，透过大气层，并在那里激发空气分子而形成火焰般壮丽的极光。由于地球磁场的南北极大致对称，故粒子流大约同时进入地球的两极，因此当南北两极同是夜晚，又同是晴空时，必然会在两极同时看到一样的极光。

极光的平均高度约有100千米，它是形成于大气层最上层的光，它的能量总和大约和美国一年所使用的电量差不多。假如地球没有磁场，太阳风直接进到地表，将危及人类与动物的安全。因此，磁场是地球避开宇宙间高速粒子流的保护网，极光正是这磁场造出的灿烂灯火。

地球是浮在漆黑色背景中的蓝色行星，它的外围是紫外线、太阳风、宇宙射线、高速飞驰的宇宙尘埃所组成的严酷环境。大气虽薄但它包围着地球，隔断了对生命来说是难以栖息的严酷宇宙环境，创造出生命的绿洲，保护着生命的进化，使地球活动维持了46亿年之久。

在这大气薄膜的最底部，沉淀着浓浓的空气。在太阳、地球、大气发动机的作用下，制造了全球性的热力循环和水分循环，各种天气现象千姿百态。大气一刻不停地为地球这个生物乐园发挥着温度的调节作用。

在平流层中，由生物自行生产出氧气而形成的臭氧层，则是太阳发来的紫外线的一个过滤器，它对于生物来说，可以称为一把面对太阳紫外线而撑开的遮阳伞。

而磁性层，这大气的最外层，则把原本会从太空撞入地球的高速粒子巧妙挡开，凭借着看不见的磁场之盾，改变了粒子的方向，将它们又引回到太空中。

这一切，就是地球耗费了46亿年创造出的成果——织就了这多层的保护“面纱”。而地球上的生物，在这面纱之下，继续着生生不息的旺盛生命活动。