PDF《动态的地球》

4 詹姆斯.范艾伦(1914C2006),美国太空科学家.他促成了太空磁层场 研究的创立,以发现范艾伦辐射带而知名. .10. 地球 脆弱的面纱 大气层的顶部没有明确的高度;

航天飞机所处的 近地轨道距地面260公里,那里的气压只有地面的十亿 分之一,几乎就处於大气层之外了.但那里每一立方 厘米空气中仍有大约十亿个原子,这些热粒子带电, 因而对航天器会有腐蚀作用.在太阳活动最剧烈的时 期,大气层会轻微膨胀,对近地航天器产生更大的摩 擦阻力,所以为了让这些近地航天器保持在轨道之 中,必须加大推力.80公里之上的顶部大气层有时被 称为热大气层,因为那里非常热,不过那里的空气非 常稀薄,不会灼伤皮肤. 图2 地球磁包层图,太阳风将磁层向后扫进一个彗星式的结构.箭头指 示电流的方向 开放磁场线 尾电流 中性片电流 磁层 地球 环流磁层顶电流 太阳风 动态的地球 .11. 大气层的这一区域还会吸收太阳发出的危险的X 射线和部分紫外线辐射.因此,很多原子被「离子 化」了,也就是说它们会失去一个电子.基於这一原 因,热大气层也叫电离层.电离层导电,会反射某些 频率的无线电波,这就是为什麽全世界的人可以通过 设置在地平线上方的发射机传送信号,到短波无线 电的广播. 地面之上仅仅20公里处,在热大气层、中间层和 大部分同温层之下,大气中的空气含量仍不足10%. 正是在这一高度附近,存在一个稀薄的臭氧层,所谓 臭氧,即含有三个氧原子的分子.含有两个原子的普 通氧分子被太阳辐射分离时,其中的一些就会重组为 三原子的臭氧.对地球而言,臭氧是一种高效的防晒 霜.如果地球大气层中所有的臭氧都浓缩在地面,就 会形成一层只有约三毫米厚的臭氧层.但它依然能够 过滤近乎全部的短波紫外线辐射――这是太阳发出的 最危险的辐射――以及大部分中波紫外线.因此,臭 氧层让生命免受晒伤和皮肤癌的威胁.由於人类活动 所释放的氯氟烃等化学物质的严重破坏,整个臭氧层 变得稀薄,而在清寒的春季,极地区域上空特有的臭 氧空洞也越来越多.各个国际协定的签署有效放缓了 氯氟烃的释放,臭氧层应该会恢复如初,但化学物质 会长期存在,臭氧层的复原仍需时间. .12. 地球 循环与周期 对流层位於大气层最接近地面的15公里围内, 是活动最频繁的区域.天气变化就发生在这里.云生 云消,风起风止,地球上的温湿转换,都在这里进 行.在一个充满生机的星球上,一切看上去都像是能 量的循环和流动.在靠近地表的对流层,这些循环都 是由太阳能驱动的.随着地球绕自轴旋转,生成明显 的昼夜更迭,地面也随之冷热交替;

地球绕太阳公转 则产生了一年内的季节变换,这是因为两个半球轮换 着接收到更多的阳光.但还有比这更长的周期,比如 地轴以数十万年为周期来回摆动. 就像地球绕太阳旋转一样,月球也绕着地球旋 转.绕行一圈大约需要28天,这正是月份的由来.随 着地球绕轴自转,月球的引力拉动地球周围的海水上 涨,引发了潮汐.潮汐还能够抑制地球自转,昼夜更 迭随之放缓.四亿年前的珊瑚化石上的日增长带表 明,当时的昼夜时间要比现在短几个小时. 月球有助於地球的公转轨道保持稳定,从而稳定 了气候.不过还有比这长得多的周期在起作用.地球 围绕太阳公转的轨道并非标准圆形,而是一个椭圆, 太阳位於两个焦点之一.因此,地日距离随着地球的 公转而时刻变化着.此外,变化程度本身也会在95800 年的周期内发生变化.而地球的自转轴也像失去平衡 的陀螺那样,缓慢摇摆或按岁差旋进.在一个21700 动态的地球 .13. 年的时间周期,地轴的轨迹可以描绘成一个完整的锥 形.当前,地球在北半球的冬季距离太阳最近.地球 自转轴与其绕太阳公转的轨道间的倾斜........