人类怎么发现大气层
时间: 2022-08-21 08:00:26 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 103次
人类何时发现的大气层，是哪个科学家发现的呢？
首先给予真空崭新物理内容的是P.A.M.狄拉克.狄拉克于1930年为了摆脱狄拉克方程负能解的困境,提出真空是充满了负能态的电子海.当负能态的电子吸收了足够的能量跃迁到正能态成为普通电子时,电子海中才能留下可观测的空穴,即正电子.从体系的能量角度考查,这种情况比只有电子海的真空状态要高,因此真空就是能量最低的状态.从现代量子场论的观点看,每一种粒子对应于一种量子场,粒子就是对应的场量子化的场量子.当空间存在某种粒子时,表明那种量子场处于激发态；反之不存在粒子时,就意味着场处于基态.因此,真空是没有任何场量子被激发的状态,或者说真空是量子场系统的基态.
关于真空的近代认识不再是哲学上的思辨,而是可通过实验来检验的.有不少现象都需要用真空的近代观念予以说明.例如氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩,实验上已经以非常高的精度证实了真空极化的效应；高能正负电子对撞湮没为高能光子,反之高能光子可使真空激发出大量的粒子,也是很好的明证.对于真空的认识尚属初级探索阶段,物理学家还在探索真空自发破缺和真空相变等问题,必将推动物理学的进一步发展.
地球的大气层是怎么来的
大气层来源于地球早期活跃的火山喷发，这其中还涉及到原始地壳和原始海洋的形成。
地球刚形成的时候，总是会受到来自宇宙中各种陨石和小行星的撞击，再加上地球内部放射性元素产生了很多热量，以致于当时的地面上到处都是喷发的火山和流动的熔岩，地球基本是一个被熔岩覆盖着的大火球。等到撞向地球的小行星减少了，地球表面的温度降低了，岩浆慢慢固化、结块，形成了坑坑洼洼的原始地壳。
↑原始地壳的形成过程（从左到右：遍地的岩浆-岩浆逐渐冷却-坑坑洼洼的原始地壳）
在原始地球上，伴随着岩浆喷出的，是大量的气体和尘埃，由于质量比较轻，这些气体逐渐上升，因为地球引力包裹在地球外层，久而久之形成了原始的大气层。原始大气层中的各种物质混合在一起发生各种化学和物理反应，使得大气层开始降雨。这些雨水在地壳的低洼处流淌，最后顺着地势汇聚到一起，大约在35亿年前形成了原始海洋。
质量轻的气体上升-原始大气层-降雨
↑原始海洋的形成过程（从左到右）：岩浆喷出
质量重的岩浆、尘埃下沉-原始地壳-积水-原始海洋
这样一来，地球上的水循环就建立起来了。早期大气层比较薄，而且成分也和现在不一样（二氧化碳居多，没有氧气），是随着水循环的不断进行和后来生命的诞生，才演变成现在的样子的。
——以上内容参考米莱童书《生命简史》
请问地球大气层是怎样形成的？
都由什么组成？起着什么作用呢？对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面，其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，水蒸气也几乎都在这一层内存在。这一层的气温随高度的增加而降低，大约每升高1000米，温度下降5～6℃。动、植物的生存，人类的绝大部分活动，也在这一层内。因为这一层的空气对流很明显，故称对流层。对流层以上是平流层，大约距地球表面20至50千米。平流层的空气比较稳定，大气是平稳流动的，故称为平流层。在平流层内水蒸气和尘埃很少，并且在30千米以下是同温层，其温度在－55℃左右。平流层以上是中间层，大约距地球表面50至85千米，这里的空气已经很稀薄，突出的特征是气温防高度增加而迅速降低，空气的垂直对流强烈。中间层以上是暖层，大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。
除此之外，还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层距地面20至30千米，实际介于对流层和平流层之间。这一层主要是由于氧分子受太阳光的紫外线的光化作用造成的，使氧分子变成了臭氧。电离层很厚，大约距地球表面80千米以上。电离层是高空中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离成带电荷的正离子和负离子及部分自由电子形成的。电离层对电磁波影响很大，我们可以利用电磁短波能被电离层反射回地面的特点，来实现电磁波的远距离通讯。
在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍发现有稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面6400公里左右。据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一，其中包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽和尘埃等。
根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等），从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层。
接近地球表面的一层大气层，空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动，叫做“对流层”。它的厚度不一， 其厚度在地球两极上空为8公里，在赤道上空为17公里，是大气中最稠密的一层。大气中的水气几乎都集中于此，是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。
对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。
平流层以上，到离地球表面85公里，叫做“中间层”，又称“散逸层”。中间层以上，到离地球表面500公里，叫做“热层”。在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。人类还借助于热层，实现短波无线电通信，使远隔重洋的人们相互沟通信息，因为热层的大气因受太阳辐射，温度较高，气体分子或原子大量电离，复合机率又少，形成电离层，能导电，反射无线电短波。
热层顶以上是外大气层，延伸至距地球表面1000公里处。这里的温度很高，可达数千度；大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。
大气层有多厚，这的确是一个很吸引人的问题。人类经过不懈地探索和追求，对大气层的认识越来越清晰了。整个大气层可以分成几个层。
从地面到10~12千米以内的这一层空气，它是大气层最底下的一层，叫做对流层。主要的天气现象，如云、雨、雪、雹等都发生在这一层里。
在对流层的上面，直到大约50千米高的这一层，叫做平流层。平流层里的空气比对流层稀薄得多了，那里的水汽和尘埃的含量非常少，所以很少有天气现象了。
从平流层以上到80千米这一层，有人称它为中间层，这一层内温度随高度降低。
在80千米以上，到500千米左右这一层的空间，叫做热层，这一层内温度很高，昼夜变化很大。
从地面以上大约50千米开始，到大约1000千米高的这一层，叫做电离层。美丽的极光就出现在电离层中。
在离地面500千米以上的叫外大气层，也叫磁力层，它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄。
通常把1000千米之内，即电离层之内作为大气的高度，即大气层厚1000千米
参考资料：http://www.cpus.gov.cn/kpwd/content.asp?id=348
从地面到10~12千米以内的这一层空气，它是大气层最底下的一层，叫做对流层。主要的天气现象，如云、雨、雪、雹等都发生在这一层里。
在对流层的上面，直到大约50千米高的这一层，叫做平流层。平流层里的空气比对流层稀薄得多了，那里的水汽和尘埃的含量非常少，所以很少有天气现象了。
从平流层以上到80千米这一层，有人称它为中间层，这一层内温度随高度降低。
在80千米以上，到500千米左右这一层的空间，叫做热层，这一层内温度很高，昼夜变化很大。
从地面以上大约50千米开始，到大约1000千米高的这一层，叫做电离层。美丽的极光就出现在电离层中。
在离地面500千米以上的叫外大气层，也叫磁力层，它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄。
通常把1000千米之内，即电离层之内作为大气的高度，即大气层厚1000千.参考资料：http://baike.baidu.com/view/9737.htm
整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。 大气层的成分主要有氮气，占78．1%；氧气占20．9%；氩气占0．93%；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。
大气中组分是不稳定的，无论是自然灾害，还是人为影响，会使大气中出现新的物质，或某种成分的含量过多地超出了自然状态下的平均值，或某种成分含量减少，都会影响生物的正常发育和生长，给人类造成危害。大气层保护地表避免太阳辐射直接照射，尤其是紫外线；也可以减少一天当中极端温差的出现。
木星大气层深处是什么样的？人类怎样才能探测到？
美国国家航空航天局的哈勃空间望远镜以及夏威夷双子座地面望远镜联合朱诺太空飞行器一起探测太阳系最猛烈的风暴，这些风暴发生在5亿多英里外的巨大行星木星上。
由迈克尔· 王带领的加利福尼亚大学伯克利分校研究团队包括了来自马里兰州绿带城美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的艾米·西蒙和同样来自伯克利的伊姆克·德帕特。他们将哈勃和双子座在多重波长下的观察发现与朱诺飞行器轨道上的木星近景图结合起来，以深入了解这颗遥远星球上波云诡谲的天气。
王说：“我们想要了解木星的大气层是如何运作的。”而这正是朱诺、哈勃和双子座的联合协作发挥作用的地方。
无线“灯光秀”相比于地球的风暴，木星的连续风暴更为庞大，其伴随着从地面到天空40英里高的雷暴（地球常规雷暴的5倍）和拥有地球最大“超级闪电”三倍多能量的强大闪电。
正如地球上的闪电,木星的闪电束也像无线发射器一样，在划破天空的同时发送出无线电波以及可见光。
每53天，朱诺飞行器就会在在风暴团上方低飞，和它赛跑，来侦察被称做“天电”和“吹哨人”的无线信号。被捕捉到的无线信号甚至可以接着被用于在木星白天的一面和闪电无法被看到的深云团上绘制闪电。
每在同一路线时，哈勃和双子座两两远望，拍摄作为解释朱诺飞行器近距离观察发现关键的木星高分辨率全球视图。西蒙解释道：“朱诺飞行器的微波辐射仪器通过侦测可以穿透深厚云层的高频无线电波来深入探索木星的大气层。而哈勃和双子座的数据可以告诉我们那些云层有多厚以及我们有多深入观察那些云层。”
通过将朱诺飞行器探测到的闪电映射到由哈勃拍摄的木星光学图像和双子座同时拍到的红外热成像图上，研究团队已经能够证明闪电的爆发和云团结构的三种组合有关：由水构成的深云团，湿润气流上升引起的大型对流云塔（本质上是木星雷暴云），以及可能是由对流云塔外干燥气流的下沉而形成的晴朗云区。
哈勃望远镜的数据显示了对流云塔中密集云团的高度以及深水云团的深度。双子座望远镜的数据则清晰展现了高云层中的空白区，而深水云团很有可能在那里被看到。
王认为在一种被称作褶皱纤维状云区的湍流区中，闪电是很常见的，这表明湿对流正在其中发生。他说道：“这些气旋性涡旋可能是内部能量烟囱，来从对流中帮助释放内在能量。这样的情况并不普遍，但是这样的气旋似乎是在促成对流的形成。”
将闪电和深水云关联起来的能力也为研究人员提供了另一个估算木星大气层含水量的方法，这对于理解木星以及其他气体巨星和冰巨星是如何形成的，还有太阳系作为一个整体是如何因此形成的十分重要。
虽然之前的太空任务已经收集了一些关于木星的资料，但很多细节仍然成谜，包括深层大气层含有多少水，热气到底是如何从内部流出的，以及是什么导致了云层的某些颜色和图案。 这些问题的整合答案能够帮助人们深入了解大气动力学和大气层的三维空间结构。
“鬼火”大红斑
随着哈勃和双子座在朱诺任务中对木星进行更为频繁的观察，科学家们也因此能够研究一些像大红斑的短期变化和出现短暂图案等的现象。
此次朱诺飞行器拍摄的以及之前木星任务中的图片揭示了大红斑中深色图案的出现，消失以及变化。单看一组图片并不能明确知道这些现象是否是由高云层中的一些神秘黑色物质导致的，又或者它们其实是高层云团中的一些洞，就像是通往下面更深、更暗云团的窗户。
而现在，通过对比哈勃和双子座在数小时之内拍摄到的可见光学图像和红外热成像图，再来回答这些问题是可能的。可见光下的深色区域在红外线下非常亮眼，这表明他们实际上就是云层中的洞。在无云区域，木星内部以红外光线的形式释放的热量得以自由遁入太空(不然就会被高层云团挡住)，从而在双子座的图片中显得明亮。
“就像是一簇鬼火，”王说到：“你在没有云的地方看它是明亮的红外光线，但当云密布时，它在红外线下又是深色的。”
图源：美国国家航空航天局，欧洲航天局，迈克尔·王及其团队
上图关于木星大红斑的图片是由哈勃太空望远镜和双子座望远镜在2021年4月1日收集的数据制作的。通过将两个不同的望远镜在几乎同一时间拍摄的图像整合起来，天文学家们得以确认大红斑上的黑色图案是云层中的洞，而不是一堆暗物质。
左上（广角）和左下（特写）：哈勃拍摄到在木星大气层的云层中反射的阳光（可见光波长）显示了大红斑中的深色图案。
右上：由双子座在同一区域拍摄的红外热成像图显示了热量是以红外能量的形式释放的。堆叠的冷云层在图片上显示为深色部分，但云团中的空隙使得明亮的红外射线得以从暖流层中释放。
下中：哈勃拍摄的紫外线图显示了从大红斑上雾霾层散射回来的阳光。大红斑能够在可见光下被看到是因为这些霾吸收了蓝色光波。哈勃的数据显示即使在较短的紫外光波下，这些霾仍在持续吸收。
下右: 在哈勃和双子座数据合成的多重波长图中，可见光是蓝色的，热红外线是红色的。将这些发现结合起来可以看出在红外线下明亮的区域是云层中的空隙，或是有较少阻挡内部热量云团的地方。
哈勃和双子座的发现是为了给朱诺飞行器的第12次飞掠（近木点 12）提供宽广的视角。
木星气象追踪者：哈勃望远镜和双子座望远镜
哈勃和双子座在支持朱诺任务中进行的木星定期拍摄证明了它在很多其他天气现象研究中的价值，如风的模式变化，大气波的特征以及大气中各种气流的流通。
哈勃和双子座能够将木星作为一个整体来进行监测，并实时为朱诺的测量任务提供多种波长地图参考，正如地球的气候观测卫星为美国国家海洋和大气管理局的飓风追踪器提供信息那样。
“因为我们现在定期有来自不同观测器和波长下的高分辨率图像，我们更够学到比木星天气更多的东西，”西蒙解释道：“这就相当于是一个气象卫星，我们也终于可以观察气象周期了。”
由于哈勃和双子座望远镜的观测对于解读朱诺获得的数据至关重要，王和他的同事西蒙、德帕特正努力让其他研究团队能够更轻松地通过位于马里兰，巴尔的摩太空望远镜科学研究所的米库尔斯基太空望远镜档案馆来获取所有处理过的数据。
“重要的是我们成功收集了支持朱诺任务的庞大数据集。数据集的应用方法有太多了，以至于有一些我们甚至都不知道的。因此，我们要让别人也能够做这项研究，并且不用费劲心思地去想如何处理数据。”
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