左良栋 龙东红

2023年年底,一场大范围的极光在我国北方多座城市的夜空点亮,无比绚烂。这让你我,让很多人都头一次觉得,原来极光不只会出现在地球的两极!那幺,你知道极光距离我们到底有多远吗?

其实,当你看见极光之时,它距离我们通常不过几十千米,就在并不遥远的临近空间。这个名字对你而言,应该是比较陌生的。就让我们一起走近它,去探秘这太空之下的神秘地带。

临近空间,闪耀而又迷人

你应该知道,大气层像冬日里的棉被包裹着我们的地球家园,它的厚度有约1000 千米。临近空间,一般是指距离地面20 千米到100 千米的区域。这个区域跨越了大气层的对流层、平流层和中间层,用一句话来形容就是“飞机上不去、卫星下不来”——因为民航飞机的飞行高度通常都不会超过20 千米,而卫星的最低轨道高度通常又不会低于100 千米。

在临近空间,有许多神奇而又有趣的现象。比如极光,它就是位于临近空间的大气分子受到太阳风,也就是太阳带电粒子流的激发而产生的一种发光现象。当这个现象出现的时候,可以看作是临近空间的大气层正在守护我们免于辐射的危害。

在临近空间,还有一种特殊的云彩,叫作珠母云。这种云一般只在两极地区的冬季出现。在极夜的“黄昏”时刻,也就是当太阳位于地平线以下1°至6°之间,光线从地平线之下照射到地平线之上的云层之时,光被云层中的冰晶折射,从而产生闪烁的彩虹效果——云体具有珍珠般光泽,透光如卷云,还伴有较淡的紫、蓝、红、黄等近乎同心排列的光弧,犹如闪耀的色带。

不止如此,包括“气辉”和“红色精灵”等很多难得一见的现象,都发生在临近空间。那片空间,正等着我们去探索。

搭乘浮空器,飞向临近空间

要想去探索临近空间,首先,我们得飞到那儿去!

目前,探索临近空间主要还是使用浮空器。它是一种依靠空气浮力升空的飞行器,可以在对流层或邻近空间的平流层下层内飞行。依照工作原理,浮空器分为飞艇和系留气球等。其中,飞艇拥有推进和操纵装备,飞行高度可超过20 千米;系留气球就跟系了线的风筝一样,飞行高度一般在20 千米以下。

另外,国内也先后完成了包括临近空间新概念飞行器的研发和试飞,也开展了包括中低空飞艇,快速部署系留气球等浮空器的研制工作。这些,都是我们未来探索临近空间必不可少的工具和手段。

来!揭示天空的秘密

费了这幺大一番功夫,我们才乘坐浮空器到达临近空间,当然不仅仅是为了来近距离欣赏极光的。到了临近空间,究竟是要探索些什幺问题呢?

探索问题 1:世界最高的“烟囱”在喷什幺?

青藏高原地处我国西南,被称为世界屋脊,是地球上海拔最高的地方,最高峰珠穆朗玛峰就在这里。它还有着世界最高的“烟囱效应”。

“烟囱效应”指的是,从南亚通过季风输送的水汽、污染物等会进入到青藏高原,又在季风引起的气旋中,随着反气旋的环流进行上升,如同烟囱一般,将低层大气中的大量物质吹到上层。这个过程将会改变上层大气的成分,引起额外的气候效应。与之同时,水汽、污染物等就可能会随着大气循环到达全球各个角落。

目前,虽然发现了“烟囱”效应的存在,但是“烟囱”究竟如何输送,输送了什幺,又输送了多少,对全球气候的影响到底是什幺,这些问题尚待验证。因此,就得去问临近空间啦。

探索问题 2:真有生命在空中生活?

临近空间虽然距离地面较远,但依然可能存在生物群落。早在20 世纪,苏联和美国的探测研究,就在20 千米到70 千米的临近空间范围内发现了微生物的存在。而近些年来,随着探测临近空间的浮空器得到了长足发展,加之通信技术和生物技术的进步,科学家们正在将各类不同生物样本送入临近空间进行暴露实验,然后再带回地面。

通过研究生物样本在临近空间中受到的影响,以此来研究那里的微生物,弄清那些不可思议的生命。

探索问题 3:空中看到的星星还会“眨眼”吗?

我们生活在地球上,之所以没有受到太阳辐射和宇宙射线的过度影响,尤其是没有被各种高能射线伤害,主要原因之一就是,我们地球的大气层(臭氧层)将它们给阻挡或吸收了。但对于天体观测而言,星星的光芒和它们包含的太空信息,大部分也被稠密的大气层给阻挡或吸收了,导致了许多来自太空的重要信息无法获取。不均匀的大气层,也是星星看起来在“眨眼”的原因。

因此,要想更好地观测星星,我们就可以通过浮空器,将观测设备搭载至临近空间,这样就可以避开干扰,获取更多的太空天体的信息。在那里,星星几乎不“眨眼”,可以与我们长久地对视,让我们看得更清晰。

临近空间是地球大气空间的重要组成部分,在它以下,是我们人类主要生活活动的区域;在它以内,是大气层从稠密到稀薄过渡的地带,发生着因太阳活动引起的剧烈的电离效应,有着神奇的现象,产生着复杂的影响;而在它以上,则连接着人类向往的星辰大海……

因此,临近空间是一个承上启下的关键空域。在未来,针对临近空间的探索一定将会继续保持着高热度!在科学家们的努力下,那片空间的秘密也将渐渐被揭示。