这要从地球大气层说起。一项研究分析了来自20年前的观测数据，提出了一个惊人的观点：地球大气层一直延伸到约 63 万千米处，月球也被包裹在大气层中，所以······
所以，真的从没有人类离开过地球吗 图片来源/全景视觉
来源 公众号“科研圈”
撰文 张琪雅
不管你还记不记得地理课本上对大气层的具体定义，你一定会觉得这个定义简直不可思议。不过，对地球大气层的定义一向有着诸多争议，没准儿地理课本只是选了一个好记的。（大气层是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。）
“航空”和“航天”的分界线
根据国际航空联合会（Fédération Aéronautique Internationale）的定义，海拔 100千米 的高度为卡门线（Kármán line），这是从“航空”过渡到“航天”的界线。当航天器发射后，为了保持飞行状态，飞船需要持续加速，直至达到第一宇宙速度后，航天器便可环绕地球飞行。而飞行器达到第一宇宙速度时，所处的高度差不多就是 100千米。
极光就产生在卡门线附近，海拔在90～150千米之间
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然而，关于卡门线高度的争议却从未停止。有人统计了从1951年到1962年间出现的大约 30 种关于卡门线高度的不同意见，边界高度的范围从海拔20~400千米，其中大部分的值位于75~100千米之间。哈佛-史密森尼天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的天体物理学家 Jonathan McDowell 认为，卡门线的高度应该是80千米。在2018年发表的一篇论文中，他分析了43000颗卫星的超过9000万个点坐标轨道数据，发现有50颗卫星可在80千米的高度绕行地球。McDowell 提出的定义也得到了一些研究人员的支持。太阳有日冕，地球有地冕
天文学家试图用更加普适的标准来定义地球大气层，然而地球的大气层实际上比想象中更复杂，远远不是一条线所能界定的。天文学家Lyman Spitzer首次提出“散逸层”（exosphere）的概念。他指出，如果不是因为这一层大气温度较高，较轻的气体因此逃逸，那么地球大气中的氦气含量会比现实中高得多。这一大气区域也被称为“地冕”（geocorona）。我们都知道日冕，它是太阳大气的最外层，由很稀薄的完全电离的等离子体组成，可以分为内冕、中冕和外冕3个层次。而地冕与其相似，它以电中性的氢原子为主要成分，是地球大气逸散层的一部分。也就说是，在地球的大气层与外太空交界的区域，有一片“氢原子云”，我们定义为地冕。填充地冕的氢原子来自地球大气。大气中的水和甲烷通过光解离产生氢原子，它们通过扩散作用向远离地表的方向运动；到达逸散层底部时，它们将沿着原本的运动轨迹继续向太空发射。由于氢原子的速度不同，这时可能发生两种情况：一种是速度大于逃逸速度的氢原子，会在双曲线轨道上发射，永远告别了地球；另一种则是速度小于逃逸速度的氢原子，将返回逸散层底部，这部分氢原子就形成了地冕。地冕中的氢原子也不能无限累积。这些氢原子会通过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，其“寿命”大约为20天。所以，在地冕这个区域，一部分氢原子离开了地球，留下来的氢原子也比较短命；这些因素都限制了地冕的大小，使它无法无限延伸。
地冕到底有多大？
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。在1972年的阿波罗16号任务中，宇航员曾首次拍摄到地冕层的图像，但那一次是从月球轨道角度拍摄的，当时的宇航员可能并不知道，其实自己并没有飞出地冕。
阿波罗16号上的宇航员拍摄的地冕 图片来源/NASA
地冕中的氢元素会与来自太阳的远紫外线辐射发生散射而发光。地冕发射的谱线有好几种，其中最强的谱线是莱曼阿尔法辐射，这是氢原子的电子从主量子数n=2跃迁至n=1时发出的谱线。研究人员主要通过它来检测地冕。这次研究所获得的地冕数据来自太阳和太阳风层探测器（Solar and Heliospheric Observatory，简写为SOHO），它由欧洲航天局（ESA）及美国航空航天局（NASA）共同研制。这一探测器绕太阳公转，并对太阳进行研究。SOHO上的仪器可以过滤掉来自更遥远的外太空的莱曼阿尔法辐射，精确地测量来自地冕的光线。探测器的两个传感器不间断地对地球进行观测，随着探测器的移动，大约20小时内即可获得整个天空的图像。研究发现，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。研究人员还发现，由于太阳光压的影响，地冕的形状看起来有点像彗星的尾巴。在朝着太阳的一侧，地冕层氢原子被阳光“压缩”，在距离地表 6 万千米处，每立方厘米大约有70个原子；而到了月球轨道空间，每立方厘米平均仅有0.2个原子，基本上可以认为是真空。在背对太阳的一侧，氢原子的密度整体上要更小一些。
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 图片来源/ESA
令人惊讶的是，这项最新研究的数据来自1996—1998年。SOHO于1995年发射升空，原计划使用寿命是3年，但它目前已在太空中工作了20多年，并且仍在运行。它收集的许多数据还未得到分析，比如这次的日冕数据。这项研究说明，地冕层也是一个紫外线辐射源，但是同太阳辐射源相比，地冕层发出的辐射微乎其微，对普通人或月球轨道上的宇航员没什么影响。不过，处于地冕内部的太空望远镜可能需要调整它的基准，以便更精准地进行深空观测。法国国家科学研究中心（French National Centre for Scientific Research）的天文学家、前SWAN项目首席研究员Jean-Loup Bertaux说：“那些在紫外波段观测天空，研究恒星和星系化学成分的空间望远镜都要考虑到这一点。”并且，由于行星外层的氢原子层反映了低层大气（如火星，金星和地球）中水和（或）甲烷的存在，它也将成为未来研究中更受关注的主题。当然，研究发现也表明，直到今天，还没有一个人类能够真正离开地球。
原文标题：月球竟然在地球大气层里面，而且这个发现迟到了二十年
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