地球上层大气 发生奇怪沈缩现象

科学家长期监测位在地球大气边缘与太空交界处的热气层（thermosphere）状况，美国海军研究实验室（Na val Research Lab）John Emmert等人从监测资料发现：热气层前阵子竟发生了43年来规模最大的沈缩现象，幸好现在已经恢复原状。

热气层又称为‘增温层’，分布在距离地球表面约90～600公里以上的高空，流星、极光都发生在此，人造卫星也大致在这个此区绕地球运转。来自太阳的辐射第一个会接触到热气层，因此对地球生物而言，它是是第一道拦截太阳极紫外（xtreme ultra violet，EUV）光子的保护层。当太阳活动比较活跃时，太阳EUV会加热热气层至绝对温度约1400K左右（相当于摄氏1130度），造成它向外膨胀；反之当太阳活动低靡时，热气层就会因温度稍降而收缩。

2008～2009年的太阳活动极小期是百年来太阳活动程度最低的时期，有数百天的时间完全不见太阳黑子的踪迹，更遑论太阳表面的闪焰等爆发活动，当然太阳EUV也降到最低点。科学家马上开始注意热气层，想看看它会发生什么状况，虽然科学家早已知道热气层在太阳活动极小期时通常就会稍微冷却而收缩，但这次的沈缩程度比原本依历来太阳活动所预测的还低38%，是能以太阳活动来解释的2～3倍以上。显然还有科学家未知的因素导致这次的热气层大规模沈缩。

Emmert等人监测热气层沈缩现象的方式，是观察1967～2010年之间、5000多架在距地面高度约200～600公里之间运行的人造卫星的变动；因受到大气阻力，卫星的公转速度稍微变慢，则公转轨道高度也会稍微下降。从卫星高度下降的程度，可估算所在高度的空气密度、温度和压力等。从这些长期资料，Emmert等人发现2008～2009年的热气层沈缩不仅是历来最大的一次，而且大到无法单独以太阳活动来解释。

目前Emmert等人认为二氧化碳（CO2）是其中一个可能的原因。虽然二氧化碳吸收或散发红外辐射会造成地面大气温度增加，但当它进入热气层中时，这种行为反而会使大气温度降低。近年大气中二氧化碳浓度增加虽被指为造成全球暖化的原凶，但热气层中多出的二氧化碳却在太阳极小期推波助澜、加大热气层收缩规模。

但是太阳活动仅能解释30%、二氧化碳浓度增加仅能解释其中10%，这两者加起来还是不足以解释这次热气层沈缩的程度。Emmert等人认为或许全球气候变迁改变了热气层的大气组成及对热的反应特性，或许未来热气层对太阳辐射的敏感度会持续增加。但这仅是猜测，不见得真会如此。

目前太阳活动已经从谷底持续爬升，太阳EUV辐射也在持续增加，热气层也逐步回复原状。Emmert等人希望能从热气层回复的过程，再深入了解太阳活动与地球变迁之间的关连。