大气层上界高度：科学难题！

在茫茫宇宙之中，地球得天独厚地被一层浓郁的大气所包孕着。那么，这层大气有多厚呢？这个亘古之谜很早就令人神往了。

古希腊的亚里士多德曾推想；地球由四个层次构成，它们是土层，水层，空气（即大气层）和火层（这只能在闪电时偶然见到）。“火层”以外还有什么呢？亚里士多德认为还有一层虚无缥缈的“以太层”。这样，他第一个描述了地球以上的层次，但并未指出各层次的厚度。

1644年，托里拆利和维瓦尼作了一个著名的水银柱的实验，证明了大气是有重量的，并相当于760毫米高的水银柱的重量，由于大气具有有限的重量，所以必然存在有限的高度，假设大气层的各个高度上空气密度处处相等的话，那么，不难算出大气层的厚度大约是8公里。到了1662年，波义耳通过实验得知，气体受到压力时体积会收缩，所以在大气层的垂直方向上，海平面上大气最稠密，越向上越稀薄。通过计算表明，在温度不变的情况下，高度每增加19公里，空气压强就减少为原来的1/10。这样，人们开始意识到大气层的厚度绝对不止8公里了。而如果再考虑到气温的变化，那么大气层的上界在何处这个问题，就变得更加扑朔迷离了。

很多科学家为了探索这一个课题，作了不懈的努力。从世纪开始，科学家们开始用风筝或气球在高空收集大气样品到1931年，载人密封的气球已能升到17.5公里的高度。1938年“探险者2号”气球升到21公里的高度。在这些高度上，都获得稀薄的空气样品。

到了20世纪40年代，火箭技术获得了成功。在第二次世界大战结束以后，缴获的纳粹火箭被用于高空的科学探测，探测大气上界的限度已超过400～500公里。这时科学家们发现，陨星的光迹大约出现在160公里高空，那里的大气压只有地面的百万分之一，密度仅地表的10亿分之一，但这些稀薄的大气足以因摩擦而燃尽一个巨大的流星体。随着空间技术的发展，人们发现极光大约出现在800、1200公里上空，在这里空气伞；已呈离子状态，在磁场作用下发生了奇异的光彩。因此有的科学家把1200公里作为大气的物理上界。随着对大气层的不断认识，美国科学家施皮策又把500～1600公里的高度称之为“外大气圈”，并认为大气由这一高度逐渐消融到星际物质之中去了。(www.xing528.com)

如果人们着眼于空气密度的话，大气层的上界既不是1200公里，也不是1600公里。根据目前人造卫星提供的关于大气密度观测资料表明：在1600公里以上，空气密度还有海平面的千万亿分之一（即10-15），这个数值相当于宇宙空间星际物质密度的10亿倍。可见，大气层的外围延伸到更高的高度上了。

目前，天体物理学研究表明，星际物质的中性气体质密度为1个/cm3，电子浓度为102～103个/cm3，根据这个极限和卫星提供的资料表明，大气层的上界大约是2000～3000公里。

还有一些科学家继续不断提出新的观点。如比利时的尼科莱发现在320～1000公里的高度范围存在一个“氦层”，在“氨氦层”以外，还有一层更稀薄的“氢层”，它可能延伸到64000公里左右的高空。

地球上大气上界的高度常由科学家们根据不同的物理现象或不同的目的来确定。可以肯定的是，大气与宇宙空间之间并不存在一条截然分明的分界线。因此要精确划定大气层上界的高度，可能始终是科学研究的一个难题。