大氣外層的“ 燈火 ”
——極光與地磁

如果在遠離地球的衛星上觀看地球，你會看到地球的外部蒙著一層白蒙蒙的“面紗”，好像是一個身穿湛藍褲、碧綠襖的小姑娘，手拿一塊白色透明的紗巾在飛跑著、旋轉著。親愛的同學們，你有沒有想過，如果撩開地球的面紗，那海洋還會那么湛藍嗎？那陸地還會那么碧綠嗎？那些分布在地球各個角落的人類和動植物還會那么興旺嗎？

不會的。如果沒有這層面紗，地球上的海洋就無法形成，即使形成了，也不會有那波濤洶涌的海水；如果沒有這層面紗，就不能隔阻來自太陽的強烈輻射，生命也就不會出現，即使出現了，也不能長時間在紫外線下存活；如果沒有這層面紗，天外千萬顆小行星就會把地球砸成月亮那樣，布滿了千瘡百孔的環形山。可見，這層面紗對于地球是多么重要！

這潔白美麗的“面紗”就是大氣。

1958年，一個關于地球外太空出乎意料的重大發現，震驚了科學界的人士。美國一個科學研究小組的領導人詹姆斯·范·艾倫博士宣布，美國“探險者”號衛星及“先鋒號”衛星，在地面上空的地球磁場內，發現了兩條寬大的輻射帶。這兩條輻射帶被命名為“范艾倫輻射帶”。衛星進一步的探測表明：那不是兩條各自獨立的輻射帶，而是一整條由離地面970千米起，向上延伸至64000千米止的巨大輻射帶。這就是后人稱為“磁層”的輻射帶。磁層是大氣最外層——散逸層的一個組成部分，它對于地球來說，是一個安全保護網，可以使地球免受宇宙空間襲來的致命輻射線的傷害。而磁層的形成，則得益于地球這塊巨大的磁體。

磁針指向北方，在今天是無人不知的事實。而發現地球有磁場這件事的，正是我們中國人。在公元前3世紀的戰國時期，我們的祖先就已經知道了天然磁石有吸鐵性和指向性。當時的人們，把具有磁性的小石頭底部磨圓，放在光滑的臺子上使之旋轉，發現最后小石頭總是指著一定的方向停下來。這說明地球上有磁場存在。人們依著這個特性造出了能指示方向的工具。這就是古代中國對世界文明史有著重大貢獻的四大發明之一——指南針。

靠著中國人發明的指南針，人類借助磁場，擴展了他們在地球上的活動范圍。從這個意義上講，地球被一個大磁場包圍這一事實，對世界史的發展產生了莫大的影響。

太陽系中，一種叫做太陽風的高速粒子流，在太陽的強大磁性作用下不斷從太陽中噴出。太陽風以每秒500千米的速度，刮過地球附近的太空，直至木星一帶。地球就繞行于這種稀薄而能量極高的粒子流中間，地球的磁場形成了阻擋高速粒子的磁性層，擋住了太陽風向大氣深部的侵襲。這猶如石頭抗拒河流，將流水擋住一樣。

太陽風吹向地球時，朝著太陽一面的地磁場壓縮，磁力線都向后彎曲；背著太陽的一面，磁場則像風帆那樣拖了個長尾巴。地球磁場改變了太陽風的風向，防止它直接刮進地球。大部分輻射粒子在磁場中沿著磁力線來回做螺旋運動，永遠不會到達地面上。此外，由太空深處射來的較弱的宇宙射線，絕大部分也都為這一磁性層所阻擋而轉移了方向，只有較強的宇宙射線才能穿過磁性層到達地面。

磁場并非肉眼可見，它只能借助科學儀器的測量而顯現出來。但在磁性層中，卻有一種點綴極地夜空的瑰麗光芒——極光。極光本身所顯現的雖然不是地球的磁場，但卻是一種由磁場所形成的極地夜空的華麗燈火。

科學家們從1957年起就有組織地對高空和宇宙進行探測，運用高空大氣探測儀、火箭、宇宙飛船和高空飛機等搜集天文、地球物理和氣象等各方面的資料，發現太陽大氣和宇宙大氣對于地球的大氣有重要的影響。一個太陽耀斑突然噴射出高出太陽表面80000多千米的巨大宇宙火舌，然后又同樣突然地平息下來。幾乎就在同一瞬間，地球被陽光照射的那一半球上，所有的無線電短波通信都中斷了。高能粒子流沖擊地球大氣，其他電離粒子大約在一天之后到達大氣層，造成磁暴和極光。

極光是由太陽噴出的高速粒子造成的。這種高速粒子先是被地球磁場捕獲而蓄積于磁性層的內側。當太陽的活動趨于活躍，貯存于地球磁性層中的粒子就沿著地球的磁場進入地球兩極，透過大氣層，并在那里激發空氣分子而形成火焰般壯麗的極光。由于地球磁場的南北極大致對稱，故粒子流大約同時進入地球的兩極，因此當南北兩極同是夜晚，又同是晴空時，必然會在兩極同時看到一樣的極光。

極光的平均高度約有100千米，它是形成于大氣層最上層的光，它的能量總和大約和美國一年所使用的電量差不多。假如地球沒有磁場，太陽風直接進到地表，將危及人類與動物的安全。因此，磁場是地球避開宇宙間高速粒子流的保護網，極光正是這磁場造出的燦爛燈火。

地球是浮在漆黑色背景中的藍色行星，它的外圍是紫外線、太陽風、宇宙射線、高速飛馳的宇宙塵埃所組成的嚴酷環境。大氣雖薄但它包圍著地球，隔斷了對生命來說是難以棲息的嚴酷宇宙環境，創造出生命的綠洲，保護著生命的進化，使地球活動維持了46億年之久。

在這大氣薄膜的最底部，沉淀著濃濃的空氣。在太陽、地球、大氣發動機的作用下，制造了全球性的熱力循環和水分循環，各種天氣現象千姿百態。大氣一刻不停地為地球這個生物樂園發揮著溫度的調節作用。

在平流層中，由生物自行生產出氧氣而形成的臭氧層，則是太陽發來的紫外線的一個過濾器，它對于生物來說，可以稱為一把面對太陽紫外線而撐開的遮陽傘。

而磁性層，這大氣的最外層，則把原本會從太空撞入地球的高速粒子巧妙擋開，憑借著看不見的磁場之盾，改變了粒子的方向，將它們又引回到太空中。

這一切，就是地球耗費了46億年創造出的成果——織就了這多層的保護“面紗”。而地球上的生物，在這面紗之下，繼續著生生不息的旺盛生命活動。