“迟到20年”的发现: 月球竟在地球大气层中

  大范围包裹地球的地冕,阻挡了吹向地球的太阳风,防止远紫外辐射直接到达地面,保护了地球这颗湛蓝星球的水圈和生物圈。换而言之,这种带有磁场的类地行星的冕,为保护行星表面可能存在的生命环境和生命自身提供了支持。

  平劲松 中国科学院国家天文台研究员

  你能想到吗?也许月球一直在地球的“怀抱”中。

  在一项研究中,研究人员分析了1996年至1998年期间在日地第一拉格朗日点3次收集的地球大气散逸层数据,确认了地冕(地球大气的最外层)观测结果:地球的大气层一直延伸到约63万千米的高度,相当于100个地球半径。这就意味着,月球也被包裹在地球的大气层中。

  这一结论颠覆了以往人们对于地冕范围的认知:此前科学家估计地冕层约有9—10个地球半径高,月球距地球大气的最外层32—34万千米。

  2020年以来,针对新一轮太阳活动峰年的到来,该研究团队还持续监测了太阳风及其对地冕的冲击作用。

  “对大范围地冕的发现,进一步拓展了人类对行星大气构成和存在的认知,也拓展了对中心恒星与行星(如太阳与地球)大气相互作用的认知。”中国科学院国家天文台研究员平劲松向科技日报记者表示。

  超乎想象 地冕高度可达100个地球半径

  地球表面包围着的大气被称为大气层,从内到外分别为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。作为散逸层的一部分,地冕位于地球大气的最外层,一直延伸到行星际空间。

  “该研究团队近年的空间观测发现,地冕层的高度最远可以延伸到100个地球半径,连月亮也不能置身其外。”平劲松指出,这一研究结论的关键依据,是美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)联合研制的太阳和日光层天文台SOHO,搭载的太阳风各向异性探测器SWAN载荷记录了太阳风和地冕氢气的互动数据,发现在距离地表63万千米的高度,依然存在太阳风与地球等离子体的相互作用。

  他介绍道,地冕层主要散射来自太阳的远紫外线,自身还会发出微弱的紫外光线,但是同太阳辐射相比,地冕层发出的辐射微乎其微。地冕层的形状看起来有点像飞临太阳附近的彗星尾巴。

  从构成成分上看,地冕层与地球大气其他层很不一样。例如,地冕层是以氢、氦原子和离子为主要成分的低密度气晕,而1000千米高度的地球大气层,主要由氮、氧、二氧化碳和水等分子,以及离子组成。此外,在地球下部大气和冕层之间,还存在等离子体层过渡带。

  “大范围包裹地球的地冕,阻挡了吹向地球的太阳风,防止远紫外辐射直接到达地面,保护了地球这颗湛蓝星球的水圈和生物圈。换而言之,这种带有磁场的类地行星的冕,为保护行星表面可能存在的生命环境和生命自身提供了支持。”平劲松说。

  值得一提的是,对大范围地冕的发现意义重大,更为行星科学增加了新的研究内容。“这项发现向科学家提出了全新的有待探索的疑问。例如,在行星从星子聚集坍缩成行星进而演化的过程中,星冕从何时产生、如何稳定存在?又如,类地行星的冕和气体行星的冕,在成分、演化上有何异同?”平劲松说。

  与恒星冕迥异 地冕“寿命”仅几十天

  不仅地球有冕层,太阳系中的金星、火星、水星和木星都有自己的行星冕。太阳作为一颗恒星也有自己的恒星冕,即人们熟知的日冕。

  行星冕与恒星冕的区别很大。平劲松解释道,恒星,特别是如太阳这样年轻的恒星,在其最外层都存在一层比较厚的、很稀薄、密度极低的大气分层,这就是恒星冕。恒星冕的厚度可达几百万千米以上,温度可达几百万摄氏度或更高,能够完全电离其中的氢、氦原子,形成等离子体。恒星冕中主要是质子、高度电离的离子和高速的自由电子。这些带电粒子运动速度极快,以致不断有带电的粒子挣脱中心恒星的引力束缚射向外围,形成恒星风。恒星冕中的气体源源不断地产生于底部的光球层,维持了恒星冕自身的存在。

  “而行星冕中的离子会与恒星风质子进行电荷交换,导致其‘寿命’大约只有几十天,这也使得行星冕的大小范围受到限制。”平劲松强调。

  由于上述区别,从天文观测角度,行星冕更难于被观察到,恒星冕的观测则更加容易。平劲松称,恒星冕不仅在光学波段有辐射,在射电波段也存在暴发辐射,因而可以在多个电磁波频段被人类观测到。不过,行星冕也并非神秘到不为世人所见,科学家们也曾利用多种探测器,一睹了行星冕的“芳容”。

  “屏蔽”紫外波段 地冕加大天文观测难度

  地冕吸收了来自宇宙空间天体的紫外辐射,阻挡了科学家从地面或从行星空间利用电磁波的紫外、特别是中远紫外波段,去观测宇宙星辰的机会。

  于是科学家另辟蹊径。“在这些波段,科学家只能借助飞行在地冕中高层或在其之外的紫外望远镜,如设置在日地系统的拉格朗日平动点,来规避地冕对紫外波段的吸收干扰,开展天文观测。”平劲松表示。

  在人类探测地外生命的历程中,一项重要的任务就是寻找“第二个地球”。

  通常在光学波段,天文学家是通过系外行星遮挡比其大的中心恒星的光度变化,来搜寻适宜人类居住的天体。平劲松介绍:“因为地冕的存在,科学家会在系外行星遮挡中心恒星时,在紫外波段监测与氢、氦原子密切关联的特定波长的紫外电磁波辐射吸收,来判定地冕的存在和尺寸,进而推定系外行星被保护的状况和其上存在生命的概率。”

  除了紫外波段和光学波段,利用地冕以及类地行星冕能够辐射数千米到数十米波长的无线电电磁暴发信号特性,科学家可以借助非常灵敏的地面无线电装置,通过搜寻、监测系外行星在这个波段的电磁波辐射,来寻找更多的系外类地行星候选天体。

  尽管地冕的存在给天文观测造成了一定的阻碍,但幸运的是,地冕为人类观测其自身留下了一扇窗。

  “它们会吸收太阳远紫外波段氢和氦的电磁波辐射,受到辐射激发的氢、氦原子和离子会发出微弱的紫外辐射,从而可以被远离地球的探测器看见。”平劲松说。

  此次研究的地冕数据,就是来自于1995年发射升空的SOHO搭载的太阳风各向异性探测器SWAN。该探测器绕太阳公转并对太阳展开研究。此外,它还能测量来自地冕的光线。令人惊讶的是,这批数据是SOHO于1996年至1998年间获取。因而,这项最新研究发现被戏称“迟到了二十年”。

  我国嫦娥三号月球探测器于2013年底发射升空并成功降落至月球正面之后,也曾“看到”过地冕,并证实了介于电离层和磁层之间的地球“等离子体层”的存在。嫦娥三号携带了观测地球外层大气等离子体层的紫外望远镜,监测到了地冕随着时间变化的“倩影”。

  来源:科技日报

#被风雨中的山西整破防了# 【山西水灾受灾范围比河南更大 后续救援和灾后恢复面临挑战】数十家煤矿停产、房屋倒塌、村庄停水停电、救援人力和物资紧缺、多人死亡失踪……“十一”国庆黄金周,突如其来的暴雨侵袭山西多地,造成严重灾害,目前约有5.5万人被迫转移。

大雨成重灾

10月2日至7日,山西省出现大范围强降水,全省过程降水量在15.4毫米至285.2毫米之间。其中最大降水出现在临汾市大宁县,全省117个县(市、区)中有18个县(市、区)降水超过200毫米。其中,太原、阳泉、临汾、长治、吕梁、晋中大部分地区都创下了10月上旬累计降雨量纪录。

《中国慈善家》从山西省应急管理厅了解到,4日,山西省防指及时启动省级防汛Ⅳ级应急响应,根据汛情变化,及时提升至Ⅲ级,省应急、水利、自然资源、住建等部门派出多个工作组赴各地检查指导防汛工作。5日,晋中市、吕梁市、临汾市先后发生多起崩塌、滑坡等地质灾害,造成人员伤亡。

山西省接连启动了省级地质灾害Ⅲ级应急响应和省级自然灾害救助Ⅲ级应急响应。据统计,此次汛情全省各地共转移人员54947人,停产煤矿60座、非煤矿山372座、危化企业14家,停工在建工程1035个,关闭景区166个。

记者注意到,气象部门对山西这一轮强降水在国庆前就有预报。9月30日,山西省气象台发布预报,预计10月3日至7日,省内将出现持续的阴雨天气,累积降水量40毫米-120毫米,局部可达140毫米。最强降水出现在4日-5日,全省都将有小到中雨,部分地区大到暴雨。

10月2日夜间,暴雨如期而至。当日,山西气象公众号发布信息称,“我们可能遭遇10月份罕见强降雨”。

4日,吕梁、临汾、长治、晋城等多地发布暴雨蓝色预警,预计降水将持续至假期结束。5日,山西省乌马河清徐县、祁县段发生多处决堤,导致沿河附近的小武村等村庄被淹。6日,山西南同普线祁县至东观间昌源河大桥桥台被冲垮。9日7时40分左右,河津汾河区域因上游来水猛增,河津遇到1954年9月6日以来最大洪水,洪峰流量由796立方米/秒猛增到985立方米/秒。

公开报道显示,山西省蒲县荆坡村一带5日晚11时许发生山体滑坡,造成5人被埋压。经过连夜抢险救援,被困人员全部救出,其中,4人遇难,1人受伤。据了解,遇难者主要为交警值班人员。

10月9日下午,在接到支援抢险救灾通知后,宝坻区蓝天救援队5名队员立即启程奔赴山西,开展抢险救援工作。图/宝坻区蓝天救援队
山西省吕梁市委宣传部6日透露,连日大面积强降雨在当地引发不同程度地质灾害。经初步统计,截至6日8时,吕梁市因灾死亡1人,倒塌房屋153间,冲毁道路33处,转移人员1301人。

另外,《中国慈善家》从救援人员处独家获悉,临汾市安泽县一处窑洞塌方,至少1人不幸遇难。

信息滞后

山西介休宋安村受灾严重,积水最深处可达2米,受困群众约2000人。9日下午,该村一位村民告诉《中国慈善家》,2000多人已安全转移,但房屋和财物被泡。

“这几天大型抽水机在不停地工作,但水位还是不见下降,目前食物和矿泉水等生活用品不缺,缺的是抽水机用的汽油。”上述村民说。

另一位村民樊某也告诉记者,目前仍然急需水泵、发电机、柴油、连体雨衣、头灯。“至于生活用品,当地的爱心人士天天有送,目前不缺。”

“8日有约10人的社会救援队带着皮筏艇进入村子,但这时村民已经转移完了,基本上也没有派上什么用场。”樊某介绍,4日下大雨,5日开始积水,村民纷纷用私家挖掘机转移群众自救。

信息滞后是外界对这次灾害的观感。“洪灾已经发展很多天了,现在还在进行当中,不断有新的溃坝事件和新的灾情出现。”一位救援人员9日下午告诉《中国慈善家》。

这位救援人员说,10月5日、6日的重灾区是太原的清徐县,随后吕梁市孝义市和晋中介休市,目前灾情仍然严重,水位迟迟难以下降。

“孝义和介休被淹没的村庄连片,涉及人员多,水位下降慢。晋中灵石县也受灾严重,属于山区,河道窄,水溢出河道对沿岸的村庄造成比较大的威胁,人员基本全部被转移。”上述人员说。

7日开始,灾情蔓延到汾河下游,新绛县、稷山县,河津县等沿河区域。不过,部分灾情并非出现在沿河地区,而是山洪造成的,如安泽、永和、隰县,目前人物伤亡和房屋损毁大多来自这些地方。

“这次山西水灾社会组织介入救援情况和其他灾情发生后并无区别。山区的情况因为交通道路损毁严重,电和通讯也不太通畅,灾情传不到外界。” 第一时间介入灾区、收集信息并评估的卓明灾害信息服务中心负责人郝南告诉《中国慈善家》。

“目前救援还没有结束,但已经到了平稳阶段,村里的老人和孩子已经转移了,村里依然没有电没有网。所有的桥梁都断掉了,我们的任务就是用冲锋舟、皮筏艇给被困群众送生活物资。”一位在安泽县参与救援的某民间救援队人员告诉《中国慈善家》,实际上安泽雨已经下了快半个月了。

郝南认为,此次山西水灾对人员救援的需求并不大,不需要太多外界救援力量的支持。目前最吃紧的是抗洪抢险工作,对抗洪抢险物资有很大需求,到了10日会是一个高峰期,包括编织袋、棉衣、帐篷、水泵等。

随着水灾慢慢退去,接下来的一段时间,安置群众的物资需求会增大,特别是生活救助类物资的需求。

“受灾群众数量多,安置点分散,意味着不好统计受灾群众的需求,现在主要是靠社会力量去消化,等水退他们回去挑战就会加大,天气比较冷,家里的生活物资又没有了。”郝南认为,后续救援及恢复问题会较为严重。

8日,海拔较高的山西受灾地区气温已接近零界点,当地天气预报显示,近期将继续降温,这无疑对接下来的清淤等基础设施的恢复带来不小的挑战。

“山里被洪水冲过的地方没有了房屋,住也是问题,就算房屋没有倒,但被褥都湿了,零下的气温也很难干。”郝南说。

“今年的水灾很罕见,这样大规模、全流域的灾情已经发生了3次,这种山西水灾发生在10月份,又遇上寒流,这些情况会格外加重救灾工作的难度,这是和前段时间河南水灾不一样的地方。”郝南分析,山西省受灾人口的密度没有河南水灾高,积水也没有河南深,但山西受灾范围比河南受灾范围更大。

社会捐款疲软?

截至记者发稿,公开可查的对山西洪灾的捐赠远远低于河南水灾期间。有媒体称,三个月前,全中国一起驰援河南的景象,至今还没有在山西出现。

10月8日,山西省红十字会开通山西暴雨灾情官方捐款渠道,捐款步骤同时公布。

根据《山西省红十字会自然灾害救助应急预案》,山西省红会开通救助热线,加强24小时值班值守。同时救灾工作组已于8日分赴受灾严重的运城市新绛县、太原市清徐县开展灾情评估工作,并分别向两地拨付救灾款各20万元。

9日,山西省慈善总会发出防汛救灾倡议并承诺:“本次募集的善款将全部用于我省防汛救灾及灾后重建工作,并将及时公开捐赠款物的接收和使用情况,自觉接受社会公众监督。”

《中国慈善家》从山西省慈善总会获悉,9日,山西省慈善总会收到社会捐赠共计57万元(不包括下级慈善总会)。山西省红十字向《中国慈善家》透露的信息显示,截止8日24时,该机构收到社会捐赠1千多万元。

仅从数据上看,相比河南水灾一天上亿元的善款,此次山西灾情确实出现社会捐款疲软现象。

不过,山西省慈善总会对这种说法并不认同。“感觉群众的热情更高了,虽然捐赠金额不多,但是人数比数多,山西省慈善总会发出倡议后最方便的捐款接收渠道就是微信公众号,里面捐款的绝大多数都是个人,50多万元捐款里有3300多人次参与。”一位工作人员说,目前还在陆续接收捐款,并根据防讯指挥部和各地的需求开展支援。
图片来源:中国新闻图片网

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