太阳风对大气层的确有破坏作用
太阳风是太阳内部持续发生核聚变的情况下,所释放的巨量能量,对太阳从内到外进行“加温”,从而使得表面的日冕层在高温下,太阳大气发生电离,从而形成的等离子体流。这些等离子体以带电的质子和电子为主,在恒星向外辐射能量的推动下,能够以每秒数百公里的速度行进。
在太阳附近,太阳风基本上围绕太阳磁场作径向运动,而一旦挣脱太阳引力,则在太阳自转影响下,以螺旋线的形式向四面八方扩散。在太阳黑子活动比较频繁的时候,太阳风的强度也随之增大。由于这些带电粒子的运动速度极快,虽然粒子密度很低,但也会对行经区域的气体物质产生明显影响,主要表现在:
一是使部分气体分子电离,形成等离子体,从而破坏气体组成成分。二是由于携带着较多能量,在与气体分子碰撞过程中,能给予气体分子或者被电离出的等离子体较高的运动速度,从而增加气体逃逸的几率。三是太阳风本身由带电粒子流构成,会对沿途的星体磁场产生干扰,那地球来说,在太阳风暴比较强烈时,会严重干扰地球的空间环境,扰乱无线通信,干扰地面电力传输,甚至对人体也产生一定危害。
地球磁场的保护作用
太阳风吹到地球附近空间时,地球的磁场就发挥出了关键的保护作用。地球磁场的范围,可以从7万公里的高度,一直延伸到距离地表700公里的空间。当太阳风进入这一区间,就会被地球磁场控制,开始顺着磁力线运动。于是,有的带电粒子被“磁场”反弹,有的路线被带偏,绕过了地球,有的则被引导到地球的两极。
被引导到地球两极的带电粒子,与高空的大气分子碰撞摩擦,高温下部分发生电离,于是形成了色彩炫目的极光现象,这就是地球磁场保护作用的一个生动体现。与地球拥有磁场不同,火星上的磁场已经消失,太阳风可以不受什么阻挡,直接砸向地表,即使原来有大气层,也被太阳风给破坏了,无数大气分子被电离,而且被赋予了较高的逃逸速度,慢慢地火星大气绝大部分被“吹跑”,其中就包括生命元素—水,所以现在火星表面一片荒芜。
地球引力的束缚作用
除了磁场的保护作用外,地球的引力也对大气层的稳定起到很重要的作用。在引力作用下,地球大气层绝大部分分子,被束缚在12公里以下的对流层,另外还有少部分分布在50公里以下的平流层。而在平流层之上的中间层、热层和散逸层,由于高度越来越大,引力作用越来越微弱,所以气体的密度越来越小,比如到热层与散逸层之间,气体密度仅为对流层的百亿分之一。
在散逸层内,一方面气体密度非常低,另外在太阳风和宇宙射线的作用下,大部分会发生电离现象,加上受到的引力很小,所以极易逃逸到宇宙空间中。由于散逸层上部的气体与宇宙空间气体密度相差不大,所以散逸层的范围一直没有明确的界限。
虽然散逸层的空气时刻都会发生电离而逃逸,但是由于气体密度非常小,每年逃逸的气体总量只有10万吨左右,这与地球大气层总量6000万亿吨相比,简直是九牛一毛,即使一直这样逃逸,至少需要600亿年才能“掏空”地球大气层。
地球大气层的补给作用
地球大气层不光有上面说的逃逸过程,也有相应的补给机制,这样就实现了一种动态的平衡,使得长期以来,地球大气层的总量始终没有什么太大的变化。
补给之一是来自地球内部,无论是火山喷发,还是地震,都会将地球内部原来蕴含的部分气体物质带出来,补充进大气循环。当然在地球的物质循环和沉积作用下,也有一部分气体最终通过转化进入地球内部。
补给之二是来自地球外部,那些来自地外的小行星和彗星,在引力扰动和行进轨迹双重作用下,有的会坠入地球大气层,其组成物质在穿越大气层时,因高温部分或者完全发生气化,也会补充一部分的气体。
补给之三也来自地球外部,在地球引力作用下,一些地球周围非常稀薄的星际气体,也存在着被引力捕获进入地球大气层的可能,所以,在散逸层的上部,每时每刻都会发生气体的逃逸和被捕获过程,在一定程度上也为大气层总量平衡做了贡献。
综上,我们可以看出,地球的磁场是保护大气层不被太阳风快速“吹跑”最关键的因素,与此同时,地球的引力为保留磁场提供了必要的约束力,而因气体交换、传输等过程形成的补给机制,又为地球大气层的动态平衡提供了必不可少的“修正”能力。所以,即使太阳风再猛烈,地球也能有效应对,大气层不会被“吹跑”的。