日球层，地球生命的保护罩

黄增强

什么是日球层？其范围有多大？其实，太阳和太阳风影响的区域称为日球层，而日球层以外的区域叫作局地星际介质。为了研究外太阳系，美国先后发射了“旅行者一号”探测器和“旅行者二号”探测器。经过40多年的飞行，“旅行者一号”探测器和“旅行者二号”探测器已经飞到了太阳系的边缘。“旅行者一号”探测器测得太阳系的确切体积，其厚度大约为0.5个天文单位（1个天文单位是地球至太阳的平均距离，约为1.5亿千米）。另外，“旅行者一号”探测器还探测到日球层边缘距离地球大概150亿千米。

那么，使用望远镜都无法观测到的日球层，科学家是怎么发现的？其实，日球层的发现存在偶然性。“旅行者二号”探测器在太空飞行了几十年，当它要飞出太阳系边界，准备向宇宙深空进发的时候，在距离太阳100個天文单位的地方发现存在一道“火墙”，这道“火墙”就是日球层。由于日球层都是由高温的等离子体组成，温度高达2万摄氏度至4万摄氏度，而它的高温性质让它拥有了阻挡宇宙射线和有害粒子的能力，所以它才能为地球阻挡70%以上的射线和粒子，从而保护地球上生命的安全。

我们再来认识一下太阳风。太阳风是指从太阳大气最外层的日晕向空间持续抛射出来的一股物质粒子流。太阳风由73%的氢、25%的氦，还有其他少量杂质组成。太阳风分为两种：一种叫缓慢太阳风（又叫持续太阳风），是一种射流速度与微粒含量都较小的太阳风;另一种叫快速太阳风（又叫扰动太阳风），是在太阳活跃时期喷射出的粒子流。这两种太阳风的差异可以在彗星上看到。如果仔细观察彗星的图像，你会发现它们通常有两条尾巴，一条是直的，另一条是弯曲的。太阳风的密度与地球上风的密度相比，是非常稀薄的，但它刮起来的猛烈劲，远远胜过地球上的风。

太阳风对地球会产生不利影响。比如太阳风的增强会严重干扰地球上无线电通信，造成通信障碍，无论是电话、手机，还是其他无线电通信设备都会不同程度瘫痪，导致地面通信网络、电力控制网络发生混乱，造成不小的经济损失;影响航天设备的正常工作，使卫星上的精密电子仪器遭受损害，甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁;影响地球的高层大气，破坏地球电离层的结构，使其失去反射无线电波的能力;影响大气臭氧层的化学变化，并逐层往下传递，直到地球表面，使地球的气候发生反常，甚至会进一步影响地壳，引起火山爆发和地震;影响局部地区的气候状况和降水量，在两极地区会出现极光。

不过，太阳风对地球也有有利影响的一面。我们知道，宇宙中存在大量且对生命致命的辐射。如果这种宇宙射线到达地球，会穿透地球大气层，对磁场造成不可逆转的影响。那么，也就不会有人类文明的存在了。而当太阳风喷发出的等离子体，以超过声音的速度向四周扩散时，它会在距太阳中心，约100AU（天文单位）处形成一个厚度约0.5AU的保护层，这个保护层就是日球层。可以说，没有太阳风，就没有替太阳系、地球上的生命抵挡来自外太空致命辐射的一层保护罩。

日球层对地球生命起什么作用？宇宙看起来风平浪静，其实宇宙环境非常恶劣，存在大量有害的射线和粒子，比如伽马射线，这些射线有的通过超新星爆炸发出，有的通过恒星衰变产生，如果地球上的生命直接暴露在宇宙射线和粒子中，就会危及生命。地球上存在的大气层、臭氧层和磁场，虽然能阻挡一部分宇宙射线，但仅仅是一小部分而已，真正阻挡宇宙射线和有害粒子的主力是日球层。日球层大概减少了70%至80%的宇宙射线进入太阳系，剩下20%左右的宇宙射线被地球大气层、磁场阻挡。如果没有日球层，地球生命将会受到宇宙射线和粒子的侵害，地球上的生命就不会那么顺利繁衍了。所以说，日球层是保护地球生命的保护罩。

美国的丹丹·雷森菲尔德等人用美国国家航空航天局的“地球轨道星际边界探测器”卫星，结合一种类似蝙蝠使用的声呐技术，根据2009年至2019年在整个太阳周期收集到的数据，绘制出了有点怪异的像“羊角包”形状的日球层的“肖像画”，让我们能够看到日球层的边界。这有助于人类更好地了解太阳和星际风之间的相互作用，为进一步研究日球层，避免过去生物大灭绝灾难的再次发生，提供了有力的帮助。