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外星地球:像个丑土豆会发光

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外星地球:像个丑土豆会发光

  “梨状”地球图片只是将地球大地水准面剔除地球扁率并放大1000倍的三维透视图

  如何描述地球的形状,这与要求的精度有关。如果精确到几十千米,可以认为地球是个平均半径为6371千米的球体。如果精确到千米,由于地球的极半径是6356千米,赤道半径是6378千米,地球确实是一个赤道稍鼓而两极略扁的不规则椭球体。不过,赤道和两极的半径差别只有约21千米,相对于平均半径来说,实在微不足道。所以从太空中拍到的照片可以更直观地看到地球的形状―――它确实是一个圆圆的球体。而且由于地球表面70%覆盖着水,所以地球远远看上去,很像一颗晶莹的玻璃球。

  但地球看上去比较圆,并不是因为动态海水覆盖的原因。现在地球的形状,其实是各种力(如地球自转、自身引力、海底扩张、大陆碰撞、火山、地震、风力、水以及冰川等)相互作用的结果。

  几年前,曾有一个“梨形地球”的说法甚嚣尘上。当时这个说法来源于根据GRACE卫星收集到的重力资料描绘出的一张“梨形地球”的彩图。但这种说法也存在误导。2006年时,中国地震局地震预测研究所研究员郗钦文曾著文详细解释过这个“梨形地球”的误会。他说,那张“梨形地球”的彩图,其实已明确指出“是地球的大地水准面剔除地球扁率并放大1000倍的三维透视图”。很明显,是有意夸大了大地水准面起伏的结果。而其中提到的“地球扁率”正是由于地球赤道半径比极半径约长21千米,将这个21千米与赤道半径相比,得到的一个比值,约为1/298.256,正是它决定了地球这个旋转椭球体的扁平程度。他认为,地球上“各阶扰动的影响”,都不能改变地球形状近似于旋转椭球体的科学事实。

  很多国际空间站宇航员拍摄的照片或视频上,常常会看到地球表面会有一个黄绿色的光圈,像一顶神秘的“帽子”扣在地球表面。有人说,那是可见的“大气层”,就像地球的“保护罩”。其实它是一种被称为“气辉”的现象。

  它是发生在大气层高处的光化学反应。当多种原子、分子和离子受太阳紫外辐射激发后回归“正常”状态时,能量便被以可见光和红外线的形式发射出来。这有点像能在黑夜里发光的玩具和涂料。“气辉”多数来自氧原子和分子,它们发出的是绿光,就像通常在极光中看到的一样。其他会发光的元素还包括钠和氮。尽管在大气层各层中都有这些元素,不过明显可见的发光层主要分布在85-90千米的高度,通常是一个6-10千米厚的光圈。这是因为,处于这个高度之下的原子和分子更密集,碰撞更多,会快速地释放出它们的能量。而处于这个高度之上的粒子密度太低。

  对于国际空间站上的宇航员来说,当空间站航行到地球夜晚那半面时,这种光现象最为明显,就像图片中显示的那样,是一个窄光圈。当以图中这种较偏的角度看大气层,而不是从太空垂直往下看时,这个光圈的可见性相对会更高。

  此外,还有很多其他因素比如气温也会在“气辉”现象中起作用。不同时间段的“气辉”,比如夜晚的“气辉”就和白天的也不一样。由于“气辉”的存在,所以地球上的夜晚其实也不会是全黑的。

  “气辉”与极光类似,都是高层大气电离产生,但它们的具体形成机制有所区别。它们在与太阳活动的关系和地理纬度上也存在明显的差异。极光的出现与太阳活动相关,而气辉与太阳活动关系不大,且呈现出周期性和季节性的变化;另外,极光较多出现在磁极附近地区;气辉的发光度也要比极光微弱得多。

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