從國際空間站拍攝的地球云層

科學家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)每天有數(shù)百噸氧從地球大氣層逃逸到太空。這種現(xiàn)象被他們稱之為“氣體噴泉”。根據(jù)美國宇航局地球天文臺公布的一份新聞稿，沒有兩次氧外逃事件一模一樣。為了揭開地球氧外逃的謎團，地球天文臺實施了一項觀測任務(wù)。

“奮進”號航天飛機遨游天際。橙色為對流層，白色為同溫層，藍色為中間層

這項任務(wù)是宇航局地球天文臺VISIONS-2計劃的一部分，需要滿足特定條件才能付諸實施。在挪威斯瓦爾巴特群島的新奧爾松，科學家實施了這項觀測任務(wù)。之所以選在新奧爾松是因為它是世界上最北的人類定居點，建有一個全年無冰的港口以及一個現(xiàn)代火箭發(fā)射設(shè)施。冬季的夜晚，太陽不會光顧新奧爾松，不會干擾科學家對極光的研究。

除此之外，還有另一個優(yōu)勢，讓新奧爾松成為實施VISIONS-2任務(wù)的理想之選。每天早上，新奧爾松會在地球磁泡的一個弱點下方穿過。這個弱點就像是一條隧道，將猛烈的太陽風導入上層大氣層。這會導致絢爛的極光秀，“蒸煮”大氣層的空氣，以“噴泉”的形式將它們逐入太空。

新奧爾松的極光和星辰

最近，VISIONS-2團隊發(fā)射了兩枚探空火箭，研究極光期間的氧流失。探空火箭是有針對性的小型火箭，可以快速發(fā)射。這一次發(fā)射的火箭攜帶了照相機和其它設(shè)備。發(fā)射團隊必須耐心等待，但它們無需等到極光出現(xiàn)，才發(fā)射火箭。在深空氣候觀測衛(wèi)星（DSCOVR）的幫助下，他們提前得到極光即將出現(xiàn)的通知，隨即發(fā)射火箭。

DSCOVR是美國國家海洋與大氣管理局的太陽風觀測衛(wèi)星，處在地球與太陽之間的拉格朗日點。這顆衛(wèi)星會通知VISIONS-2團隊太陽風何時達到足夠的強度并且方向剛剛好，能夠?qū)е聵O光。理想情況下，VISIONS-2團隊能夠提前一小時得到通知。

新奧爾松座落于北緯78.9度，距北極1237公里

即使擁有DSCOVR這樣的先進預警系統(tǒng)，VISIONS-2團隊仍要小心謹慎。如果太陽風突然變?nèi)?，他們就浪費了一次發(fā)射。如果地球大氣層中的風過強，也會帶來問題。探空火箭沒有導航系統(tǒng)，發(fā)射前必須考慮風的因素。慶幸的是，VISIONS-2團隊還有另一件利器——氣象氣球。他們每30分鐘放飛一次氣象氣球，監(jiān)測大氣層中的風。

12月7日，研究人員在新奧爾松發(fā)射兩枚探空火箭。兩枚火箭搭載了一系列儀器，部分儀器需要一個旋轉(zhuǎn)平臺，其它的不需要。兩枚火箭的發(fā)射間隔幾分鐘，以便讓類似儀器獲取不同時間點的數(shù)據(jù)。在它們的幫助下，VISIONS-2團隊能夠?qū)Φ厍虼髿鈱拥难趿魇нM行研究。

探空火箭發(fā)射升空。雖然個頭很小，探空火箭也攜帶先進儀器，為科學家提供重要觀測數(shù)據(jù)

VISIONS-2任務(wù)首席研究員、宇航局戈達德太空飛行中心的空間物理學家道格·羅蘭德表示：“在瓦諾普斯島制造這些復雜且性能出眾的有效負荷，以及進行集成、測試和發(fā)射方面，我們擁有非常豐富的經(jīng)驗。此次發(fā)射是一個激動人心的時刻，當時的科學觀測條件非常理想，所有儀器都上演出色表現(xiàn)?！?/span>

發(fā)射后，火箭擁有10分鐘的觀測時間，幫助科學家研究“大氣噴泉”。中性原子成像相機在“噴泉”內(nèi)外拍攝了照片。極光相機記錄下極光活動、溫度、強度和高度。如果一切順利，科學家能夠獲得一面所謂的“科學墻”。科學墻用于展示極光活動及相關(guān)預測數(shù)據(jù)。

12月7日，兩顆探空火箭從挪威新奧爾松發(fā)射升空，幫助科學家揭示地球大氣層中的氧如何逃逸到太空

12月7日的發(fā)射似乎取得成功。對數(shù)據(jù)的初步分析結(jié)果表明，探空火箭的儀器運轉(zhuǎn)正常，傳回了預期數(shù)據(jù)。羅蘭德說：“我相信我們看到了‘大氣噴泉’。”科學家仍需對數(shù)據(jù)進行分析和梳理，“但我們已經(jīng)掌握了多個角度的證據(jù)”。

很顯然，地球是一顆活躍的星球，每時每刻都在上演各種活動和現(xiàn)象。VISIONS-2計劃不僅能夠幫助我們進一步了解地球，同時也有助于對其它行星進行研究，解答一系列重要疑問——哪些行星具有適居性？一些行星為何淪為荒漠？一顆類似火星的行星（一度擁有大氣層）如何失去大氣層？

新奧爾松上空的極光

地球大氣層不會在短期內(nèi)損耗殆盡。一直到50億年后太陽變成紅巨星，地球才會遭受這種厄運。變身紅巨星意味著太陽會不斷膨脹，剝離地球大氣層，地球文明將不復存在。

地球大氣層在極光活動期間損失的氧和氫數(shù)量很少。每天有數(shù)百噸氧逃逸，聽起來雖然很多，但我們無需大驚小怪。在任何情況下，地球上的光合作用都能彌補這種損失。對這種現(xiàn)象進行研究具有重要意義，有助于我們了解背后的機制并獲取相關(guān)細節(jié)，進一步洞察地球與太陽之間的關(guān)系。