科學家在地球大氣層上層發現了不該存在的氫粒子

研究人員在地球大氣層上層發現了一種「熱原子」氫原子，以我們目前對物理學的理解，它們不應該存在於那裡。

這一個發現可以徹底顛覆我們對地球大氣層工作原理的理解，包括氫氣如何在它周圍循環，以及如何保護我們的星球和技術免受太陽風暴等惡劣空間天氣的影響。

來自伊利諾大學的首席研究員Lara Waldrop說：「熱H原子被認為存在於超過幾千公里的高度，但令人驚訝的是，我們發現它們存在低至250公里（155英里）的地方。」

「這一結果表明，目前的大模型缺少一些關鍵的物理學，會對影響許多不同的研究，這要歸咎於從大氣逃逸到上層大氣的熱結構。」

熱原子 是原子含量較高的動能原子，這意味著它們的移動速度非常快，當分子附著於表面時，會形成這些大量的能量釋放氫原子。

因為氫原子很輕，它們可以很輕易的克服地球引力，並永久逃逸到星際空間，事實上，這就是導致火星最終失去了大部分的水的原因。

基於此，研究人員早就期盼這些熱原子氫原子存在於大氣的最頂層。

但它並不認為它們可以存在於一個被稱為熱氣層(thermosphere)的層次上，它始於地球表面上方約85公里（53英里），並延伸到我們的星球之上500公里（311英里），並且容納我們許多的衛星軌道。

但是，這是研究人員現在發現，利用NASA的地球大氣層監測衛星，地球大氣熱氣層動力學研究號（Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics，簡稱TIMED）的感知能力。

這是一件大事，因為這些氫原子在管理地球上層大氣的物理學中發揮著關鍵作用，並且作為我們地球從太陽閃焰中的重要盾牌，它們還保護衛星免受惡劣空間環境的影響。

但是當團隊第一次得到了它們的數據時，他們不能理解這些東西，因為熱氫原子從來就不應該存在於熱氣層。

「上層大氣物理學的傳統假設不允許這些熱H原子存在於此高度。」團隊成員之一的Jianqi Qin說：「旦我們改變了我們的方法來避免這種非物理的假設，我們第一次能夠正確地解釋數據。」

研究人員表明他們的新模型顯示，太陽活動越少，熱氣層中的熱氫原子越多，這將有助於我們更好地理解我們大氣層中的氫原子是如何在未來工作。

Qin說：「我們對TIMED數據的分析導致了不合常理的發現，熱氣層中的H原子的溫度隨著太陽活動的衰減而明顯增加，而大氣溫度隨著太陽活動的減少而減少。」

該團隊還發現，熱氣層中的熱氫原子明顯影響整個大氣層中其餘部分的氫原子分布。

但現在最大的問題是，這些熱氫原子來自哪裡，依然是一個謎。

Waldrop說：「我們知道，在熱氣層或更遠的大氣層中，必須有熱H原子的來源，但我們還沒有一個確切的答案。」

Qin補充道：「我們一定會繼續努力解決這個難題，因為關於H密度分布的知識，對於我們大氣系統以及空間天氣的影響是如此重要，這影響了許多對我們的現代社會重要的技術基礎。」

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