地球的第四环境

1．地球的第四环境

古代人把太阳、月亮当作神。古希腊人的太阳神叫阿波罗，住在奥林匹斯山上。古埃及人的太阳神是“拉”神，乘坐太阳船遨游天下。我国古代的太阳神更是浪漫，《山海经·大荒南经》中说：“羲和者，帝后之妻，生十日。”由此而引出“羿射九日”的神话。从这个神话中可以看出，我们中国古代人认识到“万物生长靠太阳”，人是离不开太阳的。

古代人对世界的认识还不如现代的小学生。我们不能苛求古人，当他们对赖以生存的地球还没有认识的时候，总是归结于神的意志，把人间的事情类比上天，以致于产生出许多的神话故事，虽然美丽动人但却近于荒诞无稽。人类在与大自然的斗争中逐渐认识到了我们生存的环境。进入20世纪以来，科学技术飞速发展，使得我们更加了解了人类生存的环境，即地球的生物圈、大气圈、陆地和海洋几个大环境圈因素。

地球并不是一个孤立的封闭系统。过去人们以为，能够在地球上出现生命，阳光、空气和水是三个必要条件。然而许多对三大环境因素的讨论中，常常只涉及到空气和水的问题，而忽视了阳光。所谓“阳光”，不仅包括可见光，还应当包括那些看不见的光，以及太阳的所有电磁辐射和粒子辐射。20世纪70年代以来，“日地关系”研究课题为各国学者所重视；80年代以来，我国举行过多次日地相互关系研讨会，还组织了1988—1990年太阳活动第22周峰年的观测。太阳活动对地球的影响越来越受到人们的重视，不少学者著书描述地球的宇宙环境，已取得了不少研究成果。一些科学家，在给美国航空航天局（NASA）关于日地关系研究的建议书中说：“日益增多的证据表明，太阳上的瞬间现象在影响我们的天气，太阳输出能量的长期变化决定地球的气候。日地关系的空间探测结果有助于确定太阳激发与地球的响应之间的物理原因和作用关系。”

1957年10月4日，原苏联成功发射了第一颗人造地球卫星，标志着人类进入了空间时代，这是人类迈出地球的第一步。第一颗人造地球卫星的椭圆轨道的近地点高度为250km，远地点高度为900km。因此卫星的近地点仍在地球的大气层中。利用空间探测技术知道，地球的大气层从地面向上一直延伸到64000km左右，那里已接近行星际空间了。离地面10km高度以下是对流层；一切气象变化都是在这一层表演的。如云、风、雨、雪等天气过程。对流层以上，高度约16km是“对流层顶”。由此再向上是“平流层”，到高度约32km的地方，是平流层顶。我们把对流层和平流层称为地球的低层大气。在低层大气中高度约在24km的地方，有一层薄薄的臭氧（O₃），被称为“臭氧层”，是1913年法国物理学家法布里发现的。从平流层向上到约320km的地方叫“电离层”，这是20世纪20年代由英国的物理学家阿普顿在研究无线电传播过程中的衰减时发现的。为此，阿普顿获得了1947年的诺贝尔物理奖。电离层属地球大气的中层大气，再向上则是地球外层大气了。

所谓“电离层”，顾名思义，即这一层的大气中的中性原子，受太阳辐射作用而电离，形成自由电子和离子。地球的大气层结构非常复杂，并不是像上面所说的分得那么清楚。从对流层顶向上到100km左右叫“D”层，D层以上到220km左右是“E”层，这一层的离子较少，是一个中间带，再向上到320km左右是“F₁”层，在F₁层的上面是“F₂”层。F₁层的离子最多，F₂层只在白天很强。F₂层以上则是“F”层。（如图3-1）。

图3-1　地球的大气层剖面图

受到太阳的辐射作用，电离层在黄昏时最强，在黎明前，由于有些离子和电子的重新复合而变弱。太阳的耀斑爆发和高能辐射会使电离层增强和变厚。在这些事件发生时，电离层发生扰乱，会使地面的无线电通讯受到破坏或中断。

1958年7月26日，美国发射的“探测者4号”在高度约2200km的地方发回地面的信息使科学家们困惑不解，不知为什么这里的辐射会达到对人类的宇宙飞行产生致命威胁的强度。不久，美国又向月球发射了两颗“月球探测器”——“先锋1号”和“先锋2号”，在先锋1号到达11万千米的高空时和先锋2号到达10.44万千米的高空时发现，环绕着我们地球有两个主要的辐射带。现称它们为范艾伦辐射带，或者叫“磁层”（如图3-2）。磁层是由于带电粒子在地球磁场中受到约束而形成的。空间探测使我们认识到地球共有三个辐射带，即电离层或磁层。它们对地球生命都起保护作用。如果没有这三个辐射带，那么，来自太阳的紫外辐射和高能辐射，会使地球上的生命早已不复存在了。

图3-2　地球的磁层

由此而知，地球高层大气100～200km以上的太阳系空间，对保护地球上的生命是十分重要的。有的人称之为人类活动的“第四环境”，或者说是生命存在的“第四因素”。应当引起我们足够的重视。