日球層，地球生命的保護罩

黃增強

什么是日球層？其范圍有多大？其實，太陽和太陽風影響的區域稱為日球層，而日球層以外的區域叫作局地星際介質。為了研究外太陽系，美國先后發射了“旅行者一號”探測器和“旅行者二號”探測器。經過40多年的飛行，“旅行者一號”探測器和“旅行者二號”探測器已經飛到了太陽系的邊緣。“旅行者一號”探測器測得太陽系的確切體積，其厚度大約為0.5個天文單位（1個天文單位是地球至太陽的平均距離，約為1.5億千米）。另外，“旅行者一號”探測器還探測到日球層邊緣距離地球大概150億千米。

那么，使用望遠鏡都無法觀測到的日球層，科學家是怎么發現的？其實，日球層的發現存在偶然性。“旅行者二號”探測器在太空飛行了幾十年，當它要飛出太陽系邊界，準備向宇宙深空進發的時候，在距離太陽100個天文單位的地方發現存在一道“火墻”，這道“火墻”就是日球層。由于日球層都是由高溫的等離子體組成，溫度高達2萬攝氏度至4萬攝氏度，而它的高溫性質讓它擁有了阻擋宇宙射線和有害粒子的能力，所以它才能為地球阻擋70%以上的射線和粒子，從而保護地球上生命的安全。

我們再來認識一下太陽風。太陽風是指從太陽大氣最外層的日暈向空間持續拋射出來的一股物質粒子流。太陽風由73%的氫、25%的氦，還有其他少量雜質組成。太陽風分為兩種：一種叫緩慢太陽風（又叫持續太陽風），是一種射流速度與微粒含量都較小的太陽風;另一種叫快速太陽風（又叫擾動太陽風），是在太陽活躍時期噴射出的粒子流。這兩種太陽風的差異可以在彗星上看到。如果仔細觀察彗星的圖像，你會發現它們通常有兩條尾巴，一條是直的，另一條是彎曲的。太陽風的密度與地球上風的密度相比，是非常稀薄的，但它刮起來的猛烈勁，遠遠勝過地球上的風。

太陽風對地球會產生不利影響。比如太陽風的增強會嚴重干擾地球上無線電通信，造成通信障礙，無論是電話、手機，還是其他無線電通信設備都會不同程度癱瘓，導致地面通信網絡、電力控制網絡發生混亂，造成不小的經濟損失;影響航天設備的正常工作，使衛星上的精密電子儀器遭受損害，甚至可能對航天飛機和空間站中宇航員的生命構成威脅;影響地球的高層大氣，破壞地球電離層的結構，使其失去反射無線電波的能力;影響大氣臭氧層的化學變化，并逐層往下傳遞，直到地球表面，使地球的氣候發生反常，甚至會進一步影響地殼，引起火山爆發和地震;影響局部地區的氣候狀況和降水量，在兩極地區會出現極光。

不過，太陽風對地球也有有利影響的一面。我們知道，宇宙中存在大量且對生命致命的輻射。如果這種宇宙射線到達地球，會穿透地球大氣層，對磁場造成不可逆轉的影響。那么，也就不會有人類文明的存在了。而當太陽風噴發出的等離子體，以超過聲音的速度向四周擴散時，它會在距太陽中心，約100AU（天文單位）處形成一個厚度約0.5AU的保護層，這個保護層就是日球層。可以說，沒有太陽風，就沒有替太陽系、地球上的生命抵擋來自外太空致命輻射的一層保護罩。

日球層對地球生命起什么作用？宇宙看起來風平浪靜，其實宇宙環境非常惡劣，存在大量有害的射線和粒子，比如伽馬射線，這些射線有的通過超新星爆炸發出，有的通過恒星衰變產生，如果地球上的生命直接暴露在宇宙射線和粒子中，就會危及生命。地球上存在的大氣層、臭氧層和磁場，雖然能阻擋一部分宇宙射線，但僅僅是一小部分而已，真正阻擋宇宙射線和有害粒子的主力是日球層。日球層大概減少了70%至80%的宇宙射線進入太陽系，剩下20%左右的宇宙射線被地球大氣層、磁場阻擋。如果沒有日球層，地球生命將會受到宇宙射線和粒子的侵害，地球上的生命就不會那么順利繁衍了。所以說，日球層是保護地球生命的保護罩。

美國的丹丹·雷森菲爾德等人用美國國家航空航天局的“地球軌道星際邊界探測器”衛星，結合一種類似蝙蝠使用的聲吶技術，根據2009年至2019年在整個太陽周期收集到的數據，繪制出了有點怪異的像“羊角包”形狀的日球層的“肖像畫”，讓我們能夠看到日球層的邊界。這有助于人類更好地了解太陽和星際風之間的相互作用，為進一步研究日球層，避免過去生物大滅絕災難的再次發生，提供了有力的幫助。