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从国际空间站拍摄到的这幅日落景象中，可见地球大气层的分层结构

在无垠的宇宙中，地球的大气层仿佛一层薄薄的纱衣，为地表的生命提供了关键的保护。然而，当我们抬头仰望星空时，不禁会好奇：大气层究竟在哪里结束，外太空又从何处开始？这个看似简单的问题，其实蕴含着复杂的科学知识。

地球的大气层从海平面附近的对流层开始，一直延伸到最外部的散逸层。每一层大气都有其独特的温度变化、化学成分、密度和内部气体运动特征。这些特征共同决定了大气层的分层结构。

然而，当我们试图确定大气层在哪里结束，外太空又在何处开始时，问题就变得复杂了。

卡门线：外太空的起点

随着距离地球表面越来越远，大气的密度逐渐减小，空气密度逐渐减小，所能提供的升力也随之减弱。为了维持飞行状态，飞机必须不断提升速度。

在某个高度，维持飞行所需的速度将达到该高度的轨道速度。超过这一高度，空气动力学效应将不再有效，转而由太空环境主导，也即在这一高度传统飞机无法产生足够的升力来维持飞行。

正因如此，这个区域被科学家划定为大气层的终点，外太空的开始。这条界线被称为卡门线，以匈牙利裔美国工程师和物理学家西奥多·冯·卡门命名。卡门在年成为第一个试图定义地球和外太空边界的人。

冯·卡门，匈牙利裔美国物理学家，加州理工学院教授，美国NASA下属的喷射推进实验室（JPL）创始人

卡门线是一个大致的区域，通常被定义为距地球表面约公里的高度，作为大气层与太空的界线。实际上，卡门线的实际计算结果并非精确无误地等于公里，但卡门仍提议将海拔公里处作为外太空与地球大气层的分界。

值得注意的是，大气层的状态时刻在变化，各项参数因时间和地点而异，因此计算结果并非固定不变。所以，尽管公里这一数值被采用，但卡门线并非一个绝对精确的界定。直到国际航空联合会采纳后，卡门线才成为相关领域普遍接受的界限标准。

然而，这个定义并不被所有组织接受。例如，美国空军和美国国家航空航天局就将大气层与太空的界线定义为公里。此外，国际法上也没有关于该界线的明确规定。

尽管存在这些差异，但卡门线在航空航天领域仍然具有重要意义。它标志着航空飞行的高度极限，并对于航天器和卫星成功围绕地球运行至关重要。在卡门线以上，卫星将能够绕地球运行至少一次，而不会因空气阻力而燃烧或脱离轨道。

大气层又可以延申多远

据欧洲空间局介绍，近地轨道卫星的高度通常在公里以下，有时会低至公里。然而，这并不意味着地球大气层在公里以外就无法被探测到。

事实上，在人造卫星运行的区域，大气仍然存在，只是随着距离的增加，大气的密度和成分逐渐发生变化。地球大气层的最外层，即地冕（散逸层中发光的部分），其氢原子能够延伸至月球轨道之外。若我们将散逸层也视为大气层的一部分而非外层空间的范畴，那么大气层的高度可达约公里的空中。

地冕覆盖范围示意图

如果我们能够经过卡门线，会观察到什么呢？答案可能会让你感到失望。因为卡门线并不是一条物理上的界线，而是一个相对突兀的、基于航空航天领域的一些因素而定义的界线。

因此，我们不会观察到任何特别的变化。不过，随着海拔的升高，大气越来越稀薄，蓝色光晕也会逐渐消失，仅留下作为背景的黑色太空。

综上所述，地球大气层与外太空的界限是一个复杂而神秘的话题。尽管卡门线作为大气层与太空的界线被广泛接受，但它并不是一个绝对精确的严格定义。随着科技的不断进步和人类对宇宙的探索不断深入，我们或许能够更准确地界定这个界限。

参考资料

https://www.livescience.com/where-earth-atmosphere-ends

编译：文星

审核：刘勇

中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使

来源： 蝌蚪五线谱